電機控制面臨新要求 提升自身實(shí)力是根本

“雙碳”為電機系統帶來(lái)更高要求

自“雙碳”目標提出后，圍繞“源網(wǎng)荷儲一體化”展開(kāi)的能源互聯(lián)網(wǎng)變革已拉開(kāi)帷幕。電機作為負荷側的電能消耗大戶(hù)，用量占比高達60%以上，其能效提升勢在必行，2021 年6 月，國標GB18613-2020 強制實(shí)施，對電機能效值的要求又大幅提升。而直流變頻電機憑借其高效的先天優(yōu)勢，必然成為“雙碳”目標下負荷側變革的領(lǐng)跑者。

直流變頻電機控制系統是由電機本體和控制系統共同組成。針對電機本體設計，高效率、高密度（功率及扭矩）、高轉速、強可控性、強環(huán)境適應性、低噪低振等要求越來(lái)越高；對應的控制系統要求MCU（微控制器）具備快速運算電機算法能力、算法本身要求高魯棒性和適應性，抗EMC能力強、溫度運行范圍寬、高度集成化、高性?xún)r(jià)比、功率器件低損耗等。

直流無(wú)刷電機幫助提升效率

由于新能源車(chē)是以電池能量為驅動(dòng)源的，因此各類(lèi)電機非常注重能耗。如Tesla 主驅電機從異步電機轉成直流無(wú)刷電機，主因就是城市工況下直流無(wú)刷電機的效率比異步電機高，可提升電池續航能力。除了主驅電機，HVAC（供熱通風(fēng)與空氣調節）部分的空調壓縮機電機，駕駛部分的EPS（電動(dòng)助力轉向系統）電機三大部件必然采用直流無(wú)刷外，類(lèi)似雨刮、電子水泵、電子油泵等也正逐漸無(wú)刷化。

電機系統向協(xié)核處理發(fā)展電機的高效控制，除了對芯片模擬IP 的AD（模擬數字），OP（放大器）的需求外，對數字控制核心處理系統的要求一是運算能力，二是數字部分的PWM 的產(chǎn)生和AD 配合機制。算力要求會(huì )隨著(zhù)電機轉速升高、控制算法的復雜度、控制環(huán)路的增加、所控對象的數量增加而相應的提高。在數字控制算法部分，會(huì )出現三角函數解算，開(kāi)根，濾波器（如二階IIR，陷波器等），數字環(huán)路補償器，乘除法器等。

針對這些數字控制的需求，MCU 需提升自身的算力，但這種提升又受芯片工藝，芯片發(fā)熱功耗，供電電壓等級等因素制約?，F在越來(lái)越多的廠(chǎng)家，開(kāi)始嘗試MCU+ 協(xié)處理器的方式解決算力問(wèn)題。將標準化的算法模塊用協(xié)核方式進(jìn)行處理，以減輕MCU 的負擔。如在工業(yè)伺服控制上，采用MCU+FPGA 的雙核方式處理，MCU 負責算法+ 外部人機接口，FPGA 處理電機位置解碼算法+HRPWM。

國產(chǎn)電機廠(chǎng)商逐步滲透市場(chǎng)

相比國際競爭對手，國內的電機控制系統和元器件廠(chǎng)商雖然起步較晚，但對電機領(lǐng)域的細分市場(chǎng)需求調查更加深入，也更了解市場(chǎng)走向和用戶(hù)痛點(diǎn)。由于國內電機控制系統和元器件廠(chǎng)商對產(chǎn)品定位準確，能做出性?xún)r(jià)比更高、集成度更高的產(chǎn)品，同時(shí)迭代速度也比國際競爭對手快，而且國內半導體自身服務(wù)能力，服務(wù)意愿更強。因此原本由國外半導體占據的市場(chǎng)領(lǐng)域，如微電機、風(fēng)機水泵、戶(hù)外騎行、電動(dòng)工具、運動(dòng)器材等市場(chǎng)的電機類(lèi)芯片全國產(chǎn)化基本會(huì )在1-2 年內結束。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年3月期）