2015：工業(yè)與汽車電子展望

　　摘要：通過走訪部分電機驅動、汽車電子、測試測量的領先廠商，展望了相關領域的發(fā)展趨勢。

　　電機驅動的關鍵詞：高效、一對多和遠程控制

　　縱觀2014年，電機控制的發(fā)展速度雖然不像消費品那樣迅猛，但是一直在不斷進步，比如近兩年大熱的FOC控制和家電變頻化，以及因傳感器的一些弊端引發(fā)的無傳感器控制需求，業(yè)界都有很強烈的興趣。

　　Microchips公司16位單片機產品部產品營銷經理Erlendur Kristjansson指出，在接下來幾年，采用梯形波或6步逆變器控制的BLDC電機正轉向依靠無傳感器磁場定向控制(FOC)的永磁同步電機(PMSM)。隨著對能源效率關注度的增加，電機首當其沖成為了改進的目標，因為它們的耗電量幾乎達到了全球的一半。全球數百萬家庭中，電冰箱、空調和循環(huán)泵等應用都有電機;而這些電機幾乎一刻不停地運轉著。改進這些電機的效率，延長其使用壽命可降低污染、節(jié)省金錢。使用無傳感器FOC來控制電機需要更加復雜的數學算法，進而提高了對性能的要求。它還要求更多模擬功能，如運放、PGA或是ADC的多路同時采樣，以測量相電流。

　　飛思卡爾半導體公司的業(yè)務擴展經理李唐山:電機驅動面臨的技術上挑戰(zhàn)比較多，比如在無傳感器的情況下使用FOC，尤其是啟動前沒有反電動勢的存在，控制系統(tǒng)無法知道目前轉子的位置，所以啟動過程一般是直接開環(huán)拉起再逐步測量切入閉環(huán)，這種方式的失敗率偏高，在工業(yè)領域一般難以接受。也可以用高頻注入法等方式來獲取大概的轉子位置，再進行細分調節(jié)，這又需要更高的MCU性能。

　　還有低速的問題，變頻家電要求夜晚超低速，轉速越低反電動勢越低，反饋信號的波動也越大，如何在低速情況下保持對電機的快速準確控制一直是個很具挑戰(zhàn)性的技術難題。

　　隨著系統(tǒng)的復雜程度增加，需要用單個芯片控制多個電機，比如三合一的變頻空調，壓縮機風機和交錯式PFC的控制都由一塊MCU完成，這就需要MCU性能強大并且配有相對完整的參考代碼，因為交錯式PFC雖然節(jié)約空間但是控制要更加復雜，PFC的控制又必須不能打擾兩個電機的控制，只能見縫插針來進行。

　　另外，因為IoT的發(fā)展，遠程調試的需求也逐漸出現，強大數據處理能力的MCU和靈活多變的針對不同類型馬達的自學習算法越來越重要。

　　在新產品方面，過去幾年間，Microchip一直提供自帶運放的dsPIC數字信號控制器，以提供更好的系統(tǒng)集成和成本。這些運放具有10 MHz 的增益帶寬(GBW)。這一點很重要，因為分流電阻需要盡可能小才能使系統(tǒng)功耗和對電機電壓的影響均最小。這樣，分流電阻兩端電壓將比控制器中ADC的工作電壓范圍小很多。因此需要一個增益放大器來放大信號。然而，這會帶來這樣的問題，DSC中集成的運放的GBW會被縮小與增益相同的倍率。例如，若運放的GBW為5 MHz，需要增益為10，那么最終增益放大器的GBW將為約500 kHz。dsPIC DSC允許客戶實現高增益的增益放大器來測量分流電流，并保持較高的動態(tài)響應。

　　飛思卡爾針對電機驅動特性，特別推出了既有DSP核的Freescale DSC，也有ARM核的電機專用KV系列，還有5V的KE系列，都適合電機控制的應用。

　　此外，飛思卡爾的DSC系列性價比高，內含很多靈活易用的外設模塊，適用于要求較高的電機控制應用。KV系列分為M0+和M4兩個子系列，后續(xù)還將有M7核的系列加入KV系列。外設借鑒了DSC的部分設計，比如兩路硬件ADC的速度可以達到4.1Msps，在高速時仍然保證精度。KE系列特點是純5V和高魯棒性，比常見的3.3V系統(tǒng)更適合復雜的工業(yè)系統(tǒng)中。

　　環(huán)保、安全、智能是汽車電子的時尚旋律

　　根據咨詢公司Strategy Analytic近期的報告，2014年全球汽車產量預計達到8700萬輛，未來五年仍將保持穩(wěn)定的增速，龐大的產量表明人們的出行已越來越離不開汽車。如何使汽車更環(huán)保、更安全、更智能，是汽車行業(yè)共同努力的方向。對于普通的民眾而言，一輛智能、環(huán)保、娛樂功能豐富的汽車似乎越來越接近，特別是車聯(lián)網的概念出現，讓汽車變成了不僅僅局限于一個家庭的交通工具，更像是一個可以行駛的“家”。這些變化的出現都歸功于半導體技術的創(chuàng)新。

　　在2015年，汽車電子廠商關注主要點是在智能、環(huán)保和安全。如何實現駕乘人員的便利性、保障車內數據以及聯(lián)網數據的安全性和完整性，并最終實現自動駕駛的最高境界;如何降低二氧化碳排放，需要清潔的內燃機、高效的能源管理和電力驅動系統(tǒng);如何被動安全向主動安全、可預防安全的方向發(fā)展。