BLDC無刷直流電機(jī)的整體解決方案共有四大類，分別是MCU+預(yù)驅(qū)+驅(qū)動/MCU+[預(yù)驅(qū)+驅(qū)動]/[MCU+預(yù)驅(qū)]+驅(qū)動/SOC+驅(qū)動/SOC+預(yù)驅(qū)+驅(qū)動。通過此次專題采訪，我們了解到各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀。
靈動微電子MCU產(chǎn)品事業(yè)部市場總監(jiān)黃致愷分析了這幾種方案，MCU+預(yù)驅(qū)+驅(qū)動屬于比較傳統(tǒng)的方式，對于一般MCU公司也最具有優(yōu)勢，更多應(yīng)用在高壓系統(tǒng)或是大功率系統(tǒng)上，因?yàn)榇蠊β逝c高壓有散熱與隔離問題，因此多數(shù)會采用這方式；
MCU+[預(yù)驅(qū)+驅(qū)動]也可以描述成MCU+IPM，開發(fā)功率組件的國際廠商多半都有IPM的產(chǎn)品，提供了讓客戶能簡化電路板設(shè)計(jì)的復(fù)雜度與提供穩(wěn)定性，也是早期特別成熟的應(yīng)用方式。
MCU+預(yù)驅(qū)是靈動微電子的主要發(fā)展方向之一，可以解決因?yàn)殡娐钒迕娣e限制的問題，也可以大幅度節(jié)省客戶的整體成本，是目前較為主流開發(fā)的方向；
SOC方式現(xiàn)在比較少人使用，最主要是SOC設(shè)計(jì)彈性差，往往要更改驅(qū)動的特性，就必須得在SOC旁邊新增一顆小MCU，不只增加元器件成本，更增加了電路板的復(fù)雜度，大幅違背了化繁為簡的發(fā)展思想。
靈動微電子除了自己開發(fā)的方案外，也整合了方案伙伴的方案在MindSPIN平臺，客戶可以選擇具有帶預(yù)驅(qū)或是整合驅(qū)動的SPIN產(chǎn)品，搭配豐富的方案設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品，是我們有別于友商的優(yōu)勢。
MPS的解決方案主要是[ASIC+磁編]+[預(yù)驅(qū)+驅(qū)動+電流采樣]/預(yù)驅(qū)+驅(qū)動方案，針對低壓中小功率（0-400W）一體化電機(jī)的應(yīng)用市場。MP6570芯片集成了FOC硬核控制算法和14bits的磁傳感器，同時配以集成預(yù)驅(qū)、mos的三相電機(jī)驅(qū)動芯片或者三相預(yù)驅(qū)+mos的分立方案，輕松搞定電機(jī)控制，主要優(yōu)勢就方案集成性高，可加速客戶的研發(fā)進(jìn)程。
瑞薩電子的解決方案是屬于MCU+預(yù)驅(qū)，也叫BLDC電機(jī)控制集成電路，其產(chǎn)品型號是RAJ306000。RAJ306000適用于使用電池供電的，電壓在6V到30V范圍的產(chǎn)品，像手持式電動工具，水泵，微型無人機(jī)，風(fēng)機(jī)等都是它的目前市場。跟市場上同類產(chǎn)品相比，RAJ306000的競爭優(yōu)勢就在于它不僅能支持無霍爾傳感器的120度傳導(dǎo)控制，并且還可以支持低速大扭矩的啟動。
品佳基于RT系列MCU和英飛凌預(yù)驅(qū)和驅(qū)動產(chǎn)品為各種方案提供相應(yīng)的技術(shù)支持。如Infineon使用MCU+預(yù)驅(qū)+驅(qū)動的解決方案，品佳基于RT7100+RT7024+Infineon MOSFET方案可以提供相應(yīng)的技術(shù)支持。InfineonMCU主頻可達(dá)144MIPS，內(nèi)置MAC和FPU單元，有效縮短了復(fù)雜運(yùn)算時間；另，Infineon提供各種規(guī)格的預(yù)驅(qū)系列產(chǎn)品和Mosfet、IGBT、IPM等各種規(guī)格驅(qū)動產(chǎn)品供選擇。
另外，品佳代理的Microchip電機(jī)解決方案是MCU+預(yù)驅(qū)+驅(qū)動。Microchip dsPIC MCU主頻可達(dá)100MIPS，內(nèi)置DSP?引擎大大縮短復(fù)雜運(yùn)算時間，集成片內(nèi)運(yùn)放，使整體方案更加簡潔。
賽普拉斯提供基于PSoC（MCU）的電機(jī)控制方案。其差異化競爭優(yōu)勢體現(xiàn)為，PSoC（MCU）的高集成度，提供不同的電機(jī)方案控制以及不同的客戶化技術(shù)支持，比如成熟可靠，行業(yè)領(lǐng)先的電機(jī)控制技術(shù)和算法，基于不同應(yīng)用，可裁剪的電機(jī)控制庫，實(shí)現(xiàn)客戶量產(chǎn)的方案，基于客戶的選擇而使用不同驅(qū)動（分離IGBT/MOSFET或者集成IPM）,電機(jī)控制技術(shù)的培訓(xùn)和支持。
開關(guān)磁阻電機(jī)的方案
在電子發(fā)燒友的此次采訪中，受訪廠商多數(shù)沒有推出開關(guān)磁阻電機(jī)的方案，僅賽普拉斯提供開關(guān)磁阻電機(jī)方案，靈動微電子的處于實(shí)驗(yàn)室階段。而MPS、瑞薩電子表示沒有相關(guān)方案。
開關(guān)磁阻馬達(dá)的開發(fā)動機(jī)最主要是來自于無刷直流電機(jī)使用的稀土問題，因?yàn)橄⊥灵_發(fā)有污染問題且屬于管制物資，所以就衍生了開關(guān)磁阻馬達(dá)。黃致愷說，國內(nèi)掌握了近9成稀土的產(chǎn)量，而且并不是所有的無刷直流電機(jī)都必須使用稀土材料，因此開發(fā)磁阻馬達(dá)在國內(nèi)并不一定具有優(yōu)勢。再加上開關(guān)磁阻馬達(dá)的驅(qū)動容易有噪音，效率不佳等缺點(diǎn)，因此尚未普及于市面可見的商品中。
品佳集團(tuán)應(yīng)用工程經(jīng)理劉雙云NelsonLiu解析，開關(guān)磁阻電動機(jī)也是電機(jī)的一個新技術(shù)，其定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組聯(lián)接起來，結(jié)構(gòu)更簡單。相數(shù)增加時其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且主開關(guān)器件多，成本高，現(xiàn)今應(yīng)用較多的是四相（8/6）結(jié)構(gòu)和三相（12/8）結(jié)構(gòu)。因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致噪聲與震動大等缺點(diǎn)，僅合適需要重載啟動和較長時間低速重載運(yùn)行的機(jī)械。另外專門從事磁阻電機(jī)和控制器的工程師相對也較少。
賽普拉斯基于FM3的開關(guān)磁阻電機(jī)控制方案已經(jīng)在客戶量產(chǎn)。賽普拉斯物聯(lián)網(wǎng)無線事業(yè)部亞太區(qū)市場經(jīng)理彭濤表示，在2019年賽普拉斯將提供性價比更高的，基于PSoC4芯片的控制方案。開關(guān)磁阻電機(jī)因?yàn)槠涓〉捏w積能夠是電機(jī)成本更加優(yōu)化，但目前電機(jī)的成熟度限制了其發(fā)展。
BLDC廠商多，方案多，如何選擇？
開放的平臺與產(chǎn)品。靈動微電子黃致愷的建議是事實(shí)上一家好的具有無刷電機(jī)方案的芯片公司，必須保持開放的心態(tài)來提供給客戶更好的產(chǎn)品與選擇，絕不能以綁住客戶讓客戶以后完全沒有空間為出發(fā)點(diǎn)。靈動微電子開發(fā)的MM32SPIN系列MCU與MindSPIN?平臺就是非常開放的，客戶可以自由的在MM32SPIN系列MCU中切換與挑選型號，MindSPIN?平臺的方案也可大配應(yīng)用于不同的MM32SPIN型號，并且多數(shù)提供的驅(qū)動范例都是開放的，大家可以互相切磋與學(xué)習(xí)。客戶在選擇上必須考慮未來的升級兼容性，不能貪圖方便使用很單一產(chǎn)品的特有IC，不只未來客戶開發(fā)更多元化的產(chǎn)品無法滿足，更可能讓原廠綁住客戶無法更換的心態(tài)產(chǎn)生缺貨漲價等衍生問題，因此選擇一家有開發(fā)新產(chǎn)品與遠(yuǎn)見且保持開放心態(tài)的芯片公司，是我們的建議。
從價格和開發(fā)周期上評估。品佳Nelson建議大多數(shù)客戶在選擇方案時會進(jìn)行兩個方面去評估。一是價格，在技術(shù)優(yōu)勢不是很明顯的情況下，客戶會優(yōu)先選擇價格有優(yōu)勢的方案。二是開發(fā)周期，如果產(chǎn)品的開發(fā)周期有明顯優(yōu)勢，客戶也會優(yōu)先選擇。Ricthek方案支持UL60730認(rèn)證，在外銷產(chǎn)品上，可以節(jié)約3個月以上的開發(fā)周期，從大大節(jié)約了產(chǎn)品的開發(fā)成本。產(chǎn)品的多樣化也是客戶不錯的一個選擇，Ricthek有單驅(qū)動，二合一、三合一全方案的支持。
流行不如適合自己的。品佳集團(tuán)資深經(jīng)理沈文龍PeterShen認(rèn)為，根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的解決方案，時下最流行的是正弦波控制方式，但在應(yīng)用要求不高的場合可以選擇方波控制的方式。另外根據(jù)電機(jī)應(yīng)用場景也可以選擇有感控制的方式，程序處理起來會簡單些，不一定非得做無感控制。
MPS北中國區(qū)資深FAE王力也認(rèn)為主要還是針對應(yīng)用的特點(diǎn)選擇適合的方案。比如新方案，如果設(shè)計(jì)輸入還不是很確定，并且后續(xù)可能有很大的調(diào)整，那么MCU+pre-driver+Mos的方案無疑是首選，如果輸入相對確定，設(shè)計(jì)追求小型化，集成化，快速化，那么類似MPS的MP6570（FOC硬核+磁編）就是不錯的解決方案。
可靠穩(wěn)定與技術(shù)支持。對于客戶在選擇電機(jī)控制方案，賽普拉斯彭濤建議是要看這么幾點(diǎn)，1.芯片的可靠性和性價比，2.控制方案的穩(wěn)定性和成熟度，3.控制方案的技術(shù)支持。賽普拉斯的PSoCMCU集成了高速模數(shù)轉(zhuǎn)換，運(yùn)算放大器和比較器，能夠優(yōu)化BOM成本，而市場，特別是家用電機(jī)控制市場的廣泛應(yīng)用，證明了芯片和方案的成熟可靠。特別是賽普拉斯電機(jī)控制應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，專注電機(jī)控制十多年，不斷發(fā)展和引領(lǐng)電機(jī)控制算法和技術(shù)，能夠?yàn)榭蛻艉芎玫奶峁┘夹g(shù)支持。
此外，搭配不同廠家的電機(jī)需要做額外的調(diào)試，這一點(diǎn)廠商們也充分考慮到了。MPS提供的基于MP6570的方案是內(nèi)置FOC硬核的方案，只需要通過相應(yīng)寄存器設(shè)置完成系統(tǒng)配置，同時提供友好的GUI，用戶可以更加便捷的完成調(diào)試。
瑞薩電子的RAJ306000解決方案已經(jīng)根據(jù)手持式電動工具常用的BLDC電機(jī)做了大量的調(diào)試，目前提供的Firmware已能適應(yīng)市場上很多的BLDC電機(jī)，即使遇到客戶的BLDC電機(jī)的規(guī)格比較特殊，瑞薩電子的工程師也可以幫助客戶調(diào)試不同版本的Firmware以適應(yīng)客戶的不同要求。
Infineon對不同行業(yè)采用專屬的方案和優(yōu)化的自適應(yīng)算法解決電機(jī)匹配的問題。
Microchip電機(jī)解決方案在軟件上對電機(jī)特定參數(shù)進(jìn)行了預(yù)定義，針對不電機(jī)只需要了解其個性參數(shù)，在軟件上適當(dāng)修改就可以。
Richtek最新的差分設(shè)計(jì)方案，有效的解決了電機(jī)負(fù)載自適應(yīng)的問題，在人機(jī)介面調(diào)試馬達(dá)參數(shù)的開發(fā)下，可大大減少工程師的工作量。
目前靈動微電子提供了調(diào)試的說明文檔和定期舉辦培訓(xùn)會，也搭配了許多具有工程能力的方案商一起幫忙來解決需要大量工程人力的難題。未來我們也會提供自動化調(diào)適等更多元的接口，使得設(shè)計(jì)更簡便。
賽普拉斯的電機(jī)控制方案中，在軟件中提供一個用戶文件，這個文件主要記錄用戶使用的電機(jī)的磁參數(shù)和電參數(shù)。通過配置這個文件，賽普拉斯的電機(jī)控制軟件能自動實(shí)現(xiàn)對電機(jī)控制的調(diào)整，不需要大量工程師的人力調(diào)試。而且賽普拉斯的軟件算法中，對電機(jī)參數(shù)的容差率比較高，正常在15-20%的參數(shù)誤差范圍內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)很好的電機(jī)控制。 |
