電機(jī)控制的技術(shù)市場動向

　　芯片的集成化
　　對于半導(dǎo)體芯片廠商，驅(qū)動設(shè)計的發(fā)展趨勢是集成。如圖4所示，左圖是第一階段，整個系統(tǒng)方塊可用一顆DSP或者MCU做主芯片，這時候FPGA扮演I/O擴(kuò)展的角色。第一代的特點(diǎn)是單軸控制，不是實(shí)時的以太網(wǎng)，效能不高。

　　中圖顯示的是目前流行的第二代伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，F(xiàn)PGA還可實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)，但把左圖的現(xiàn)場總線ASIC的低速部分淘汰了，提升了系統(tǒng)的性能和效能。但是主要的算法還是在DSP和MCU上。在此，Altera的FPGA方案是Cyclone IV器件。

　　未來的趨勢是多軸控制，一條生產(chǎn)線一定是帶多個電機(jī)的。多個電機(jī)方案可使成本降低。所以右圖中，F(xiàn)PGA把算法、工業(yè)以太網(wǎng)等集成在一顆FPGA內(nèi)部了，功能安全也被集成進(jìn)來。換句話說，在不久的將來，用單顆FPGA就可以做伺服驅(qū)動控制。Altera的方案是集成了ARM雙核Cortex-A9的下一代的Cyclone V器件。

　　Altera的方案比較傾向在交流永磁電機(jī)，尤其是三相交流或者是感應(yīng)電機(jī)。這些電機(jī)需要精確的運(yùn)算、控制。而一般像抽水馬達(dá)等不需要很高精度、高效能，通常一個簡單、便宜的MCU就可以實(shí)現(xiàn)。

　　Altera提供平臺和參考設(shè)計，客戶根據(jù)終端客戶的需求，開發(fā)不同的算法。

　　在中國，八成左右的客戶使用FPGA，但是目前使用FPGA的功能不外乎圖3的左和中類，兩成采用中間方案。

　　電機(jī)是百年工藝

　　國內(nèi)的電機(jī)產(chǎn)品有些性能看起來和國外差不多，但總有那么一些差距。因為這種工藝不是幾年之內(nèi)可以追上的，里面還牽扯到電機(jī)的材料、算法等很多核心技術(shù)和復(fù)雜細(xì)節(jié)。這不太像消費(fèi)類電子市場，這種市場是百年工藝，一些海外公司在工業(yè)自動化領(lǐng)域已經(jīng)積累多年。本土企業(yè)還需要潛心研究。

　　飛思卡爾發(fā)布兩款汽車HVAC方案
　　在汽車領(lǐng)域，不久前發(fā)布兩款汽車供暖、通風(fēng)與空調(diào)(HVAC)參考控制解決方案，旨在提供完整的、生產(chǎn)就緒型硬件和軟件解決方案。這兩個參考解決方案提供一個低功率、低成本、多功能和多擴(kuò)展平臺，并可以根據(jù)用戶在12V或24V汽車HVAC系統(tǒng)中的具體需求進(jìn)行定制。此兩款參考解決方案集成了飛思卡爾S12G和S12HY 16位微控制器(MCU)，以及具有關(guān)鍵電機(jī)控制算法的MC33905、MC33932和MC33937模擬器件?；赟12G的解決方案可驅(qū)動常用的HVAC系統(tǒng)中的所有電機(jī)類型，例如無刷直流、DC及步進(jìn)電機(jī)。

　　TI
　　TI提供完整的電機(jī)系統(tǒng)解決方案，支持模擬與嵌入式處理功能，包括ADC、電流感應(yīng)放大器、高電壓隔離與電源等。模擬集成型DRV8x電機(jī)驅(qū)動器不但可縮短客戶產(chǎn)品上市時間，簡化設(shè)計，還可提供全面的保護(hù)功能。除了模擬電機(jī)驅(qū)動芯片之外，還有TI高性能、超低功耗MCU：C2000、MSP430、Stellaris ARM Cortex M3 MCU等。再有，為電動工具、玩具等提供了集成算法的單芯片方案，可應(yīng)用于散熱風(fēng)扇和家用電器。同時，TI還提供綜合而全面的支持與工具。

　　ST
　　據(jù)意法半導(dǎo)體中國區(qū)MCU市場部高級市場工程師盧永海介紹，意法半導(dǎo)體(ST)的32位STM32微控制器(MCU)以先進(jìn)架構(gòu)為特色，整合電機(jī)控制定時器、片上運(yùn)放、片上比較器等電機(jī)所需的功能，從低價型到多功能整合，從高性能到高存儲容量型，并且可以做到外設(shè)軟件相互兼容。

　　新增的電機(jī)控制功能被優(yōu)化到STM32電機(jī)控制函數(shù)庫3.2版內(nèi)，將有助于加快產(chǎn)品上市時間，降低材料成本，優(yōu)化電機(jī)選型，沖破速度運(yùn)行限制。

　　ADI
　　據(jù)ADI公司技術(shù)業(yè)務(wù)經(jīng)理張松剛介紹，ADI提供了門類齊全的產(chǎn)品組合，其中包括了模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器、放大器、嵌入式處理器、iCoupler數(shù)字隔離器和電源管理器件;這些高性能的器件和增加系統(tǒng)集成度有助于實(shí)現(xiàn)更新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計，提供優(yōu)于普通客戶高附加值。伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能同用戶最終所構(gòu)建的運(yùn)動控制系統(tǒng)的性能和所能提供的精度密切相關(guān)，多數(shù)情況下，最終的用途可以是一個高精度數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng)或機(jī)器人系統(tǒng)，這些系統(tǒng)要求能夠精確控制位置及電機(jī)的扭矩。ADI能夠提供涵蓋信號鏈中所有重要器件的完整解決方案。

　　工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計要求是低功耗、高效率，ADI提供單個的器件以及完整的產(chǎn)品信號鏈可以加快系統(tǒng)設(shè)計;在信號鏈中，ADI所提供的反饋和檢測、隔離、電源管理、接口、嵌入式處理和通信產(chǎn)品，性能和質(zhì)量很高。

　　英飛凌
　　從高性能微控制器、高可靠性磁傳感器、低損耗IGBT、MOSFET驅(qū)動到供電、PFC IC，英飛凌能為綠色電機(jī)系統(tǒng)提供完整的解決方案。

　　對于包括電動機(jī)在內(nèi)的許多應(yīng)用，快速處理大量的外部信號顯得尤為重要，即有高實(shí)時性。擁有中斷響應(yīng)的低延遲時間和快速上下文切換，XMC4500系列就是專門為這些應(yīng)用而優(yōu)化的。特別是在多電機(jī)應(yīng)用中，簡單、快速、高效的實(shí)現(xiàn)方式等優(yōu)點(diǎn)很重要。含有16個用于信號發(fā)生器的計時器的高效捕獲/比較單元(CCU8)能使得高效設(shè)計成為可能，不論需要驅(qū)動的電機(jī)類型和控制算法如何。

　　英飛凌還提供不同種類的霍爾傳感器、霍爾開關(guān)、線性霍爾元件、角霍爾元件?；魻杺鞲衅髯罡吣芄ぷ髟?70℃的環(huán)境下，可以直接安裝在電機(jī)外殼內(nèi)。

　　Microchip
　　電機(jī)控制設(shè)計中心提供了Microchip所有的電機(jī)控制開發(fā)工具、應(yīng)用筆記、軟件和產(chǎn)品。對于需要模擬電機(jī)控制的系統(tǒng)，Microchip提供了幾款電機(jī)控制器芯片，他們同時具備梯形和正弦電機(jī)驅(qū)動，并為簡單的BLDC控制提供解決方案。8位PIC MCU能夠支持電機(jī)控制器，它們可在提供系統(tǒng)級監(jiān)控的同時，使用基本控制算法控制BLDC電機(jī)。dsPIC數(shù)字信號控制器(DSC)憑借所具備的DSP處理能力，能夠滿足高級電機(jī)控制系統(tǒng)的需要，同時操作起來如同MCU那樣簡單。Microchip還提供了相關(guān)的模擬產(chǎn)品，包括運(yùn)放、FET驅(qū)動器和穩(wěn)壓器等。

　　Fairchild
　　Fairchild(飛兆半導(dǎo)體)高效率高可靠性SPM 5 V2系列模塊在微型29mmx12mm封裝中集成了6個MOSFET，3個半橋IC、3個自舉二極管，額定電壓分別為250V和500V。這種封裝包含“綠色”環(huán)氧模塑料(EMC)，其目標(biāo)應(yīng)用包括功率高達(dá)150W的風(fēng)扇和泵。為了滿足客戶的需求，飛兆半導(dǎo)體提供各種封裝引線選擇。此外，飛兆半導(dǎo)體正在推出SiC器件和超級結(jié)MOSFET產(chǎn)品，幫助工程師不斷設(shè)計更高效的產(chǎn)品。

　　富士通半導(dǎo)體
　　綠色節(jié)能產(chǎn)品方案主要是以FM3 MCU驅(qū)動的變頻控制方案，涵蓋了洗衣機(jī)，空調(diào)，風(fēng)機(jī)和冰箱的變頻控制。特性體現(xiàn)在如下幾個方面：1.估算位置的算法，富士通采用優(yōu)化的滑模算法配合PLL位置估算方法，估算精度高達(dá)0.5%;2.方案支持單電阻采樣和雙電阻采樣，可以根據(jù)客戶要求采用靈和的分流電阻采樣;3.可支持單芯片方案和雙芯片方案;4.載頻可變功能的實(shí)現(xiàn)，有助于改善系統(tǒng)噪音;6.完備的電機(jī)軟硬件保護(hù)功能。

　　賽靈思
　　高級算法如高效、高性能的磁場定向控制(FOC)等，常常需要傳統(tǒng)MCU所達(dá)不到的高速運(yùn)算和平行處理性能。相較于傳統(tǒng)處理器件，賽靈思的FPGA恰好有這一系列的優(yōu)勢。

　　在賽靈思聯(lián)盟成員QDESYS的支持下，賽靈思開發(fā)出了一系列獨(dú)立IP模塊(如PI控制器，Park/Clark變換等)來幫助用戶用Spartan-6/Kintex-7 FPGA和Zynq-7000建立FOC。賽靈思還提供一些使用這些IP模塊的，針對永磁同步電機(jī)(PMSM)和步進(jìn)電機(jī)的已認(rèn)證參考設(shè)計以供評估。

　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]3個特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范將于7月1日起施行[EB/OL.中國質(zhì)量網(wǎng),(2012-5-7).http://www.chinatt315.org.cn/news/2012-5/7/25652.aspx