高效强隔离发展趋势下的BLDC多元化应用分析

电子发烧友网报道(文/李宁远)2021年11月17日，由全球知名电子科技媒体电子发烧友主办的2021秋季电机控制技术研讨会在深圳成功举办。本次大会上，意法半导体、智能微电子、纳米芯微电子等知名企业和电子爱好者进行了精彩的演讲。

意法半导体：科技工业和机器人应用的双电机平台

众所周知，随着自动化和智能化的推进，伺服和位置控制越来越受欢迎，从生产线机器人、飞剪、旋切，到服务机器人、AGV汽车甚至手持云台。电机位置控制在工业和商业方面都有应用。ST电机控制高级应用开发工程师蔡分享了《ST工业和机器人应用的双电机平台--基于STM32G4/STSPIN32G4》的主题，从软件生态、产品组合、评估工具等方面展示了ST在电机位置控制方面为客户带来的服务和价值。

据蔡介绍，ST目前为工业车辆控制市场开发和支持有竞争力的解决方案，尤其专注于家用电器、伺服驱动器和机器人驱动、工业运输、使用电池的电动工具和园艺工具以及消费电子控制(如无人机、吸尘器等)领域。).目前，ST已经定义了STM32的整个运动控制生态系统，投资开发了20年。

ST还为工程师提供了一套电机控制SDK，在能效、静音控制等方面优势明显。使用该软件开发工具包设计电机控制应用非常简单。同时，ST也做出了一些符合研发的相关解决方案；亚太市场主要客户的要求。

目前，ST的解决方案包括嵌入动力级的集成驱动器、独立的智能门驱动器，以及可处理数十kW的应用。同时，它还拥有先进的混合动力系统套件。所有产品都能保证10-15年的寿命。近15年来，st相关产品总销量突破15亿，足以验证ST在市场中的地位和技术实力。

智能微电子：基于MM32SPIN系列单片机的BLDC高集成度解决方案

在“2021电机控制先进技术研讨会”上，专注于Arm Cortex M系列MCU产品的国内半导体企业Smart微电子带来了多款电机解决方案。智能微电子市场经理胡介绍了其MM32 SPIN系列电机控制专用产品。据他介绍，Smart Micro SPIN系列的电压范围从12V到600V，引脚从14引脚到144引脚。而且在电动工具、园林工具、家用电器、电动平衡车等领域都有成功的应用案例。

据悉，Smart将于今年年底推出SPIN系列的更新产品SPIN0280和SPIN3270，其中SPIN0280拥有4个高性能运算放大器、5个比较器、2个独立的3Msps高速ADC和3个UART。三个UART针对设备需求扩展了越来越多的外部功能，比如连接传感器、Wi-Fi、蓝牙。同时其主频可达96Mhz，配合128KB的Flash和32~64针封装，还支持IEC60730-1安全认证，性价比非常高。据胡介绍，该芯片支持双电机控制，非常适合电动车、滑板车、家用电器和风扇。他在分享中表示，目前在电动汽车领域，智能微电子的解决方案占据了大部分市场份额。

今年流行的电机控制方案是“一送三”，Smart也在展台上展示了其高度集成的3合1方案，只需要一个SPIN3270芯片就可以控制空调的PFC、外置风扇和压缩机。据Smart Micro的朱功介绍，Smart在空调机组的设计上有一套特殊的控制算法。目前外置风扇的算法可以支持逆风启动，压缩机的算法可以支持抑振，PFC的功率因数可以达到99%。

未来，智能微电子将继续以BLDC控制为核心，用其专业的MCU产品为国内电机行业的繁荣发展赋能。

纳米芯微电子：专注发展高端模拟芯片、国产替代动力电机驱动产业

纳微电子自成立以来，致力于成为信号传感芯片、隔离与接口芯片、驱动器与采样芯片的行业领导者，在混合信号处理、高压数字隔离、集成传感器设计等领域拥有自主知识产权和丰富的技术储备。在电子爱好者主办的2021电机控制先进技术研讨会上，纳米芯微电子技术市场经理庞家华以隔离芯片为主题，分享了隔离芯片在BLDC电机隔离驱动控制中的应用解决方案。

纳微的三大核心技术是传感器集成电路技术、混合信号链集成电路技术和隔离集成电路技术。

在传感器IC核心技术的支持下，纳微拥有高性能产品，如表压传感器、全集成MEMS压力传感器和高精度温度传感器。混合信号链IC技术为高精度REF、高精度仪表放大器、24位ADC、16位ADC和8位MCU提供了行业领先的技术基础。隔离IC技术是本次大会Nanocore Micro-show的亮点，其隔离器件均表现出较高的耐压和抗共模瞬态干扰能力，在隔离半桥驱动和带保护的SiC/IGBT驱动的应用中具有较强的实力。

BLDC之所以要引入隔离，是为了满足安全规定或者降低接地回路的噪声。目前，隔离芯片有三种类型：光耦合、磁耦合和电容耦合。最常见的光耦隔离虽然能满足常见的隔离要求，但寿命短、功耗高，正在逐步被取代。磁耦合可以在电容耦合的基础上传递额外的能量，可以拓展隔离芯片的应用领域。电容采用片上电容原理实现信号的隔离传输，使用寿命长，功耗低，传输速率高。

纳微采用电容耦合技术。同时，在编码技术上，采用了Adaptive OOK的信号调制技术，进一步提高了隔离芯片的抗共模噪声能力。

工业电机驱动与控制向更高的开关频率、更短的死区时间和更快的开关速度发展，同时对可靠性有很大影响。

要求更高，需要越来越多的保护功能。这对于隔离驱动的CMTI，传输延迟一盒驱动能力都提出了更大的挑战。对于MOS/IGBT/SiC驱动，纳芯微的隔离驱动实现了全覆盖。从旗下产品的参数来看，数据速率高达150Mbps，共模瞬变抗扰度高达200kV /µs。从这些指标就能看出，作为国内首位量产数字隔离芯片的厂商，纳芯微在数字隔离器上的技术实力。

除了高性能的技术指标，高系统级别的EMC性能进一步器件使用的可靠性和稳定性。在实现如此高性能的同时，功耗也没有很高，以NSi8210为例1.5mA / ch（1 Mbps）的功耗完全在可以接受的范围内。值得一提的是，在多通道隔离器上纳芯微目前已经做到六通道，这也是国内少有的。

从隔离驱动和隔离采样上，纳芯微给出了他们高性能低功耗的解决方案。在隔离驱动渐成趋势的国内市场中，纳芯微高端隔离芯片将持续助力电机驱动行业的发展。

电子发烧友程文智：高能效电机发展趋势及市场格局分析

与会期间，电子发烧友行业分析师程文智分享了“高能效电机发展趋势及市场格局分析”主题的报告。他在分享中表示，随着高能效电机在汽车、农业、空调和洗衣机等领域的广泛使用，全球的电机市场得到了很大的增长。据MarketsandMarkets统计，2019年全球电机市场的规模为1220亿美元，由于受到新冠疫情的影响，2020年的市场规模有所下滑，降到了1133亿美元。

这两年新冠疫情虽然没有被完全遏制住，但世界上大部分地区已经开始转变应对策略，经济也都开始好转。因此，今年及未来的电机市场应该还是会重拾升势，预计年复合增长率为6.9%左右，到2026年将会达到1691亿美元。也就是说，未来，这将是一个万亿级人民币的大市场。

但在BLDC市场，2020年的市场规模并没有下降，反而是上涨的。根据Grand View Research的统计，2019年BLDC的市场规模是163亿美元，预计今年的市场规模是179亿美元，未来将会以6.5%的年复合增长率继续增长。

从市场格局来看，BLDC电机市场中，亚洲市场的占比最大，占了46.94%，其次是美国，占了21.08%。亚洲其实有不少技术实力都不错的BLDC电机企业，但主要集中在日本，比如尼得科，松下、美蓓亚、三洋电气等。国内的话，目前主要还是处于追赶阶段。但是可以预见的是，未来BLDC电机的增长将主要来自亚洲，而亚洲又将主要在中国。

欧洲的市场份额也不小，约为19%，由于欧洲和美国的起步比较早，他们掌握了很多BLDC电机的核心技术，未来随着全球市场对高端BLDC电机需求的增多，欧美市场的占比也会缓慢增长。但比例肯定没有亚洲地区高。

另外，他还分享了电机在汽车、风机、吸尘器、电动自行车等市场中的应用，以及BLDC电机在家电产品中的渗透率。

程文智特别指出，目前BLDC电机的市场渗透率普遍还不高，但在有些特定的市场渗透率在快速提升中，未来电机控制产业链企业的市场发展空间非常大。