電子報道（文/吳子鵬）近年來(lái)，需求芯片BLDC電機正在逐步替代傳統電機，穩步市場(chǎng)容量在穩步提升。提升根據市場(chǎng)調研機構Grand View Research的國產(chǎn)統計數據，2022年全球BLDC電機市場(chǎng)的控制規模為188.254億美元，預計到2030年將會(huì )達到308.6億美元，融合其間年復合增長(cháng)率約為6.5%。創(chuàng )新當前，需求芯片BLDC由于其高能效、穩步低功耗、提升高扭矩、國產(chǎn)低噪音、控制長(cháng)壽命、融合響應快等優(yōu)勢，創(chuàng )新在各行業(yè)的需求芯片應用已經(jīng)非常廣泛，包括風(fēng)機、家電、電動(dòng)工具、兩輪電動(dòng)車(chē)、泵類(lèi)、壓縮機、農機具、汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化、機器人等。BLDC控制是MCU廠(chǎng)商的重要方向在BLDC電機應用中，驅動(dòng)是非常關(guān)鍵的，因而B(niǎo)LDC需求的穩步增長(cháng)也帶動(dòng)了驅動(dòng)芯片的增長(cháng)。統計數據顯示，2022年中國電機驅動(dòng)芯片產(chǎn)量為3.26億顆，仍然存在巨大的需求缺口，其中無(wú)刷電機驅動(dòng)芯片為46.95%。這里的驅動(dòng)主要定義為驅動(dòng)IC，如果是整個(gè)驅動(dòng)系統，需要由三部分組成，分別是電源、弱電部分和強電部分。其中，弱電部分主要包括MCU和外圍電路。因而，BLDC控制是MCU廠(chǎng)商的重要方向。目前，BLDC主流的驅動(dòng)方式有三種：其一是MCU +門(mén)驅+MOS/IGBT，其二是SOC+MOS/IGBT，其三是MCU+IPM。三種方案基本是各有側重，但是能夠看出MCU在BLDC驅動(dòng)方面的需求是巨大的。當然，有些應用也會(huì )采用DSP或者FPGA作為控制IC，但隨著(zhù)MCU廠(chǎng)商入局者越來(lái)越多，加上MCU方案集成度和性?xún)r(jià)比越來(lái)越高，這兩種方式逐漸被替代。在驅動(dòng)系統中，MCU作為控制IC主要負責控制BLDC電機的轉速、方向和扭矩，支持模擬或數字信號輸入，同時(shí)通過(guò)監測電機的運行狀態(tài)，如位置、速度、電流和溫度等。有些時(shí)候，MCU還監控溫度、電流和電壓等關(guān)鍵參數，以?xún)?yōu)化電機性能并防止潛在的故障。在實(shí)際運轉過(guò)程中，MCU接收到輸入信號之后，將決定PWM脈沖的占空比如何變化，以獲得所需的速度和扭矩。當前，電機驅動(dòng)系統的發(fā)展主要受到能效升級的影響。高效節能電機的能效比傳統電機高，在同樣輸入能量的情況下，能夠獲得更多的輸出能量，這是BLDC/PMSM電機的主要優(yōu)勢。據估算，如果將現行低效電機全部更換成高效電機，相當于每年可節約用電2,700億度，減排二氧化碳2.7億噸，約等于2.7個(gè)三峽年發(fā)電量。高效電機讓BLDC有了更大的發(fā)展機會(huì )，也給作為驅動(dòng)控制IC的MCU提出了更高的要求。國產(chǎn)BLDC控制IC持續突破目前，國產(chǎn)MCU廠(chǎng)商在BLDC電機驅動(dòng)方面已經(jīng)具備很強的競爭力，且基本有自己的特色產(chǎn)品，打破了傳統國際MCU廠(chǎng)商Microchip、TI、ST、英飛凌、NXP等，以及國際驅動(dòng)IC廠(chǎng)商TI、羅姆、ALLEGRO、東芝、英飛凌、ST等對這一領(lǐng)域的壟斷。當然，就像我們列舉的廠(chǎng)商重疊度很高一樣，目前在BLDC驅動(dòng)系統中，控制IC和驅動(dòng)IC融合已經(jīng)成為大趨勢，國內廠(chǎng)商在這方面也取得了一些成果。另外，國產(chǎn)BLDC驅動(dòng)IC也在致力于將一些其他的關(guān)鍵板載資源融入IC中，以提升工程師的開(kāi)發(fā)效率。在國內，目前兆易創(chuàng )新、中穎電子、中微半導、國民技術(shù)、東軟載波、芯?？萍?/u>、士蘭微、靈動(dòng)微電子、小華半導體、芯旺微、旋智、沁恒微、愛(ài)普特、華芯微特、澎湃微、雅特力、領(lǐng)芯微、航順、泰芯、琪埔維、極海科技等國產(chǎn)MCU廠(chǎng)商都有產(chǎn)品用于BLDC控制和驅動(dòng)，另外也有像峰岹科技這樣專(zhuān)注電機驅動(dòng)IC的企業(yè)。目前，國產(chǎn)BLDC控制芯片的融合創(chuàng )新做得也很好。以峰岹科技三相ASIC系列為例，其中FT8132S等產(chǎn)品型號是集成預驅動(dòng)的，這些IC支持3P3N Pre-driver輸出，死區時(shí)間可選擇，支持有感FOC(Hall-IC/Hall-Sensor)和有感 SVPWM(Hall-IC/Hall-Sensor)。另外，這些IC提供模擬電壓、PWM、I2C、CLOCK調速，并集成過(guò)流、欠壓、過(guò)壓、堵轉、缺相、Hall異常等多種保護模式，讓工程師感受到高集成度、電機噪聲低、轉矩脈動(dòng)小等優(yōu)勢。第二個(gè)例子是靈動(dòng)微的MM32SPIN023C，這也是一款高集成度的電機驅動(dòng)MCU，采用Cortex-M0內核，集成了電機控制所需的專(zhuān)用模擬外設，包括12位高精度ADC、2路模擬比較器COMP、2路運算放大器OPAMP、功率MOSFETs三相驅動(dòng)電路，另配備有MC-TIM、硬件除法器HW-Div、DMA控制器等專(zhuān)用資源，以及32KB Flash、4KB SRAM、14個(gè)GPIO、LDO等基礎資源，通過(guò)這樣高度集成的產(chǎn)品設計，讓工程師能夠快速構建起自己的電機應用。第三個(gè)例子是領(lǐng)芯微的電機專(zhuān)用MCU，LCP037A*31系列是領(lǐng)芯微32位內核的面向電機控制等應用領(lǐng)域的高性能處理器，同時(shí)集成了三個(gè)獨立PMOS、三個(gè)獨立NMOS柵極驅動(dòng)輸出和輸出為5.0V，30mA LDO集成芯片；LCP039BC32GU8是領(lǐng)芯微32位內核的面向電機控制等應用領(lǐng)域的高性能處理器，同時(shí)集成了6個(gè)獨立的N型MOSFET柵極驅動(dòng)模塊。在領(lǐng)芯微的電機專(zhuān)用MCU里，主要提供NN和NP兩大預驅動(dòng)模塊，為工程師的方案設計賦能。還有一個(gè)具有代表性的例子是元能芯，該公司其中有一個(gè)系列是“All-in-One”，也就是將MCU、Gate Driver、MOSFET與LDO通過(guò)先進(jìn)封裝技術(shù)集成在一個(gè)芯片上，完美解決體積、貼片、散熱等痛點(diǎn)。目前，在“All-in-One”系列下，元能芯提供MYi0002V0405、MYi0002V0403和MYi0002V0402三個(gè)型號，主打智能功率系統，解決智能電機系統在升級過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題。因此，我們能夠看到，在BLDC等電機驅動(dòng)領(lǐng)域，國產(chǎn)控制IC在逐漸豐富產(chǎn)品陣容的同時(shí)，也在逐步提升產(chǎn)品的集成度，不僅是集成必要的接口，也在根據應用方向和需求來(lái)集成電源、保護功能和驅動(dòng)，走向更高質(zhì)量的發(fā)展階段。結語(yǔ)隨著(zhù)BLDC電機市場(chǎng)的增長(cháng)，對BLDC電機控制器的需求也將大幅增加。由于終端逐漸向著(zhù)高集成度、智能化和高能效發(fā)展，在控制芯片里加入驅動(dòng)、電源和保護，成為打造高性?xún)r(jià)比方案的主流做法，國產(chǎn)電機控制IC廠(chǎng)商在這方面也逐漸有所收獲。