電機(jī)的應(yīng)用趨勢及控制解決方案

顧偉俊? （羅姆半導(dǎo)體（上海）有限公司?技術(shù)中心?現(xiàn)場應(yīng)用工程師）

摘? 要：介紹了電機(jī)的應(yīng)用趨勢，以及MCU、功率器件的產(chǎn)品動向。 

關(guān)鍵詞：電機(jī)；BLDC；MCU；SiC；IPM

1  電機(jī)的應(yīng)用趨勢 

隨著智能家居、工業(yè)自動化、物流自動化等概念的普及深化，在與每個人息息相關(guān)的家電領(lǐng)域、車載領(lǐng)域以及工業(yè)領(lǐng)域，各類電機(jī)在技術(shù)方面都出現(xiàn)了新的需求。 

在家電領(lǐng)域，電器的智能化需要電器對人機(jī)交流產(chǎn)生相應(yīng)的反饋。例如掃地機(jī)器人需要掃描計(jì)算空間，規(guī)劃路線，然后執(zhí) 行移動以及相應(yīng)的清潔工作。這里除了各類傳感器和復(fù)雜的計(jì)算，其執(zhí)行單元都離不開電機(jī)的應(yīng)用。 再譬如，智能家居概念下，在接收到控制命令后，冰箱的開門、打開抽屜可自動完成，這個概念也需要增加多組電機(jī)。 

汽車智能化對電機(jī)的需求更加明顯，例如新開發(fā)的乘用汽車，普遍將電動車門、電動車窗、電動后視鏡、電動座椅、多風(fēng)口可控自動變頻空調(diào)等概念普及，這些新增的功能使電機(jī)的數(shù)量急劇增加。考慮到這些電機(jī)的應(yīng)用場合以及設(shè)計(jì)使用壽命，48 V以下的BLDC、步進(jìn)電機(jī)等會出現(xiàn)較快的增長。同時新的需求以及成本的壓 力，對電機(jī)控制器提出更復(fù)雜的要求，例如從原有的并行通訊，改為串行或者總線通訊，以減少整體布線并提高兼容性。例如增加各類電壓、電流、溫度的實(shí)時監(jiān)測并反饋，以便電器安全自診斷與保護(hù)。例如對電機(jī)控制的待機(jī)功耗提出苛刻的要求，以滿足各類電器的能耗要求等。并且對電機(jī)本身的功率密度也會有強(qiáng)烈的要求，以滿足工作條件下更低功耗、更低的散熱、更緊湊的結(jié)構(gòu)。這些都是電機(jī)技術(shù)發(fā)展的課題。

2  相應(yīng)的元器件趨勢 

對于電機(jī)控制元器件的發(fā)展，主要有以下幾個要求。 

1）MCU的處理速度需要提高。隨著電機(jī)性能的提高，相應(yīng)的控制算法越來越復(fù)雜，對MCU的要求會越來越高。 

2）功率器件性能提高。在電機(jī)損耗中，除了電機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)的功率密度提升與功率器件的效率有著直接的關(guān)系。ROHM（羅姆半導(dǎo)體）非常注重功率器件的發(fā)展。例如在空調(diào)領(lǐng)域，ROHM在空調(diào)風(fēng)機(jī)以及壓縮機(jī)領(lǐng)域，提出了用高壓PrestoMOS替代功率 IGBT，用來控制BLDC。與傳統(tǒng)空調(diào)相比，可使空調(diào)電機(jī)工作功耗減少30%以上。當(dāng)前更是采用了新材料SiC MOSFET，可使空調(diào)工作功耗進(jìn)一步減低至50%左右。 

3）隨著電機(jī)的功率密度提高，需要對元器件的耐高溫參數(shù)進(jìn)一步要求。在工業(yè)的伺服電機(jī)、車載驅(qū)動電機(jī)的應(yīng)用中，控制器和電機(jī)是分開的2個殼體。因?yàn)殡姍C(jī)工作中的高溫是半導(dǎo)體不能承受的。但隨著SiC(碳化硅)技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來，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(jī)內(nèi)部，這對電機(jī)功率密度是有很大的幫助的。

3  ROHM的解決方案 

ROHM 正在積極開發(fā)適合市場需求的電機(jī)驅(qū)動。 在低壓電機(jī)領(lǐng)域，正在開發(fā)可直接輸入48 V DC的BLDC，步進(jìn)電機(jī)的控制器，以滿足未來市場的需要。 

在功率電機(jī)方面，ROHM開發(fā)出新一代的 IGBT、SiC MOSFET、以及不斷開發(fā)更高新能的SiC MOSFET，并開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動芯片完善控制，正用于客 戶新型電機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn)中。

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