電機的應用趨勢及控制解決方案

顧偉俊? （羅姆半導體（上海）有限公司?技術(shù)中心?現場(chǎng)應用工程師）

摘? 要：介紹了電機的應用趨勢，以及MCU、功率器件的產(chǎn)品動(dòng)向。 

關(guān)鍵詞：電機；BLDC；MCU；SiC；IPM

1  電機的應用趨勢 

隨著(zhù)智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、物流自動(dòng)化等概念的普及深化，在與每個(gè)人息息相關(guān)的家電領(lǐng)域、車(chē)載領(lǐng)域以及工業(yè)領(lǐng)域，各類(lèi)電機在技術(shù)方面都出現了新的需求。 

在家電領(lǐng)域，電器的智能化需要電器對人機交流產(chǎn)生相應的反饋。例如掃地機器人需要掃描計算空間，規劃路線(xiàn)，然后執 行移動(dòng)以及相應的清潔工作。這里除了各類(lèi)傳感器和復雜的計算，其執行單元都離不開(kāi)電機的應用。 再譬如，智能家居概念下，在接收到控制命令后，冰箱的開(kāi)門(mén)、打開(kāi)抽屜可自動(dòng)完成，這個(gè)概念也需要增加多組電機。 

汽車(chē)智能化對電機的需求更加明顯，例如新開(kāi)發(fā)的乘用汽車(chē)，普遍將電動(dòng)車(chē)門(mén)、電動(dòng)車(chē)窗、電動(dòng)后視鏡、電動(dòng)座椅、多風(fēng)口可控自動(dòng)變頻空調等概念普及，這些新增的功能使電機的數量急劇增加?？紤]到這些電機的應用場(chǎng)合以及設計使用壽命，48 V以下的BLDC、步進(jìn)電機等會(huì )出現較快的增長(cháng)。同時(shí)新的需求以及成本的壓 力，對電機控制器提出更復雜的要求，例如從原有的并行通訊，改為串行或者總線(xiàn)通訊，以減少整體布線(xiàn)并提高兼容性。例如增加各類(lèi)電壓、電流、溫度的實(shí)時(shí)監測并反饋，以便電器安全自診斷與保護。例如對電機控制的待機功耗提出苛刻的要求，以滿(mǎn)足各類(lèi)電器的能耗要求等。并且對電機本身的功率密度也會(huì )有強烈的要求，以滿(mǎn)足工作條件下更低功耗、更低的散熱、更緊湊的結構。這些都是電機技術(shù)發(fā)展的課題。

2  相應的元器件趨勢 

對于電機控制元器件的發(fā)展，主要有以下幾個(gè)要求。 

1）MCU的處理速度需要提高。隨著(zhù)電機性能的提高，相應的控制算法越來(lái)越復雜，對MCU的要求會(huì )越來(lái)越高。 

2）功率器件性能提高。在電機損耗中，除了電機結構本身的鐵損和銅損之外，主要的功率損耗就是IPM等功率器件的損耗。電機的功率密度提升與功率器件的效率有著(zhù)直接的關(guān)系。ROHM（羅姆半導體）非常注重功率器件的發(fā)展。例如在空調領(lǐng)域，ROHM在空調風(fēng)機以及壓縮機領(lǐng)域，提出了用高壓PrestoMOS替代功率 IGBT，用來(lái)控制BLDC。與傳統空調相比，可使空調電機工作功耗減少30%以上。當前更是采用了新材料SiC MOSFET，可使空調工作功耗進(jìn)一步減低至50%左右。 

3）隨著(zhù)電機的功率密度提高，需要對元器件的耐高溫參數進(jìn)一步要求。在工業(yè)的伺服電機、車(chē)載驅動(dòng)電機的應用中，控制器和電機是分開(kāi)的2個(gè)殼體。因為電機工作中的高溫是半導體不能承受的。但隨著(zhù)SiC(碳化硅)技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來(lái)，有望將電路的工作溫度大大提高，從而將控制電路集成到電機內部，這對電機功率密度是有很大的幫助的。

3  ROHM的解決方案 

ROHM 正在積極開(kāi)發(fā)適合市場(chǎng)需求的電機驅動(dòng)。 在低壓電機領(lǐng)域，正在開(kāi)發(fā)可直接輸入48 V DC的BLDC，步進(jìn)電機的控制器，以滿(mǎn)足未來(lái)市場(chǎng)的需要。 

在功率電機方面，ROHM開(kāi)發(fā)出新一代的 IGBT、SiC MOSFET、以及不斷開(kāi)發(fā)更高新能的SiC MOSFET，并開(kāi)發(fā)相應的驅動(dòng)芯片完善控制，正用于客 戶(hù)新型電機的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中。

本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第03期第13頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。