電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)、李誠(chéng)、周凱揚(yáng)）近幾年來(lái)，隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制，以及電力電子，特別是大功率開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，再加上國(guó)內(nèi)高壓、高速電機(jī)制造技術(shù)的提升，電機(jī)系統(tǒng)智能化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。2022年11月17日，由<電子發(fā)燒友>主辦的2022電機(jī)控制先進(jìn)技術(shù)研討會(huì)在深圳灣萬(wàn)怡酒店成功舉辦。本次會(huì)議，意法半導(dǎo)體、凌鷗創(chuàng)芯、國(guó)民技術(shù)、Microchip、杰開(kāi)科技、Qorvo、ADI、靈動(dòng)微電子、先楫半導(dǎo)體等國(guó)內(nèi)外知名企業(yè)的專家和領(lǐng)導(dǎo)帶來(lái)了電機(jī)控制領(lǐng)域最新的技術(shù)分享。
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電子發(fā)燒友總經(jīng)理張迎輝在致辭中表示，“上半年我們的電機(jī)控制大會(huì)，其中大多數(shù)是國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)芯片的廠商登臺(tái)演講。下半年我們邀請(qǐng)到更多的國(guó)際芯片原廠一起參與。這其實(shí)是有一些微妙的原因在其中的。一是關(guān)于電機(jī)這一塊的新的芯片與方案推出頻率與推廣力度只增不減，二是國(guó)內(nèi)外廠商同臺(tái)競(jìng)技，共同尋找更多藍(lán)海市場(chǎng)，三是市場(chǎng)培育要看長(zhǎng)線，電機(jī)控制遠(yuǎn)不止是消費(fèi)類市場(chǎng)的玩法，更遠(yuǎn)的戰(zhàn)略是工業(yè)與汽車、醫(yī)療級(jí)應(yīng)用，從消費(fèi)級(jí)切入只是初級(jí)玩法”。電機(jī)控制的精彩游戲才剛剛開(kāi)始！
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隨著工業(yè)4.0、裝備制造以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來(lái)對(duì)電機(jī)的需求會(huì)越來(lái)越大，電機(jī)系統(tǒng)智能化趨勢(shì)越來(lái)越明顯。要生產(chǎn)一塊優(yōu)質(zhì)的BLDC驅(qū)動(dòng)板和電機(jī)，研發(fā)人員除了需要了解主芯片外，還要了解周邊MOS、電容、IPM、LDO、電池和電機(jī)的參數(shù)，甚至是外殼、散熱器這些配件。電機(jī)控制技術(shù)里很多坑都是需要大家一起來(lái)踩、一起來(lái)填，工程師們之間的交流學(xué)習(xí)非常重要。在電子發(fā)燒友市場(chǎng)走訪調(diào)研過(guò)程中，我們也聽(tīng)到了更多的反饋聲音，一是市場(chǎng)對(duì)電機(jī)應(yīng)用市場(chǎng)的看好，需要我們主辦方去邀請(qǐng)更多技術(shù)專家來(lái)做分享，二是要把議題擴(kuò)大，覆蓋更多上下游。因此電子發(fā)燒友每年策劃兩場(chǎng)電機(jī)控制技術(shù)控制線下活動(dòng)正好為行業(yè)提供一個(gè)很好的交流學(xué)習(xí)平臺(tái)。
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ST：基于STM32/STSPIN32G4的多軸伺服驅(qū)動(dòng)器模塊化架構(gòu)
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意法半導(dǎo)體作為國(guó)際MCU大廠，在電機(jī)控制伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域有著深厚的歷史積累。本次大會(huì)，意法半導(dǎo)體高級(jí)應(yīng)用工程師曾祥云聚焦STM32與STSPIN32G4介紹了多軸伺服驅(qū)動(dòng)器模塊化架構(gòu)。
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曾工以機(jī)器人應(yīng)用切入本次演講主題——多軸伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。意法半導(dǎo)體電機(jī)控制技術(shù)創(chuàng)新中心聚焦于電機(jī)控制技術(shù)，為工業(yè)電機(jī)控制市場(chǎng)提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案，覆蓋電動(dòng)工具、家電空調(diào)以及機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)等市場(chǎng)。意法半導(dǎo)體不斷在這些應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，持續(xù)提高競(jìng)爭(zhēng)力得到了廣泛的市場(chǎng)認(rèn)可。
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曾工表示多軸伺服驅(qū)動(dòng)終端市場(chǎng)的發(fā)貨量在不斷提升，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到20%，是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)。典型的多軸伺服驅(qū)動(dòng)拓?fù)浼軜?gòu)分為三個(gè)部分，首先是通信功能。通信功能是伺服驅(qū)動(dòng)里基礎(chǔ)且重要的功能，連接整個(gè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)給驅(qū)動(dòng)器賦能；然后是主控制器，負(fù)責(zé)承接網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布的任務(wù)并轉(zhuǎn)化為電機(jī)信號(hào)；最后是電源管理部分，包括驅(qū)動(dòng)單元、DCDC等等。功能安全也是一個(gè)不容忽視的地方，在這種架構(gòu)下要實(shí)現(xiàn)功能安全，其中的主控制器等部件都需要做冗余備份。
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基于這種典型的多軸伺服驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，意法半導(dǎo)體有廣泛的產(chǎn)品組合來(lái)提升多軸伺服性能。比如雙軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)可能會(huì)面臨MCU算力不夠的問(wèn)題，意法半導(dǎo)體現(xiàn)在主推的STM32G4就能達(dá)到170MHz主頻，足夠的算力能夠大大優(yōu)化多軸驅(qū)動(dòng)效率。從實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)看，在16kHz的載波下做雙FOC控制，CPU負(fù)載率只有23%。如果產(chǎn)品里需要集成更高階的算法，意法半導(dǎo)體也能提供主頻高達(dá)550MHz的產(chǎn)品系列。
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除了通用的MCU產(chǎn)品，意法半導(dǎo)體還有專門(mén)為電機(jī)控制量身打造的集成度非常高的STSPIN32G4。STSPIN32G4把電源管理、Driver全部都集成進(jìn)一顆芯片中，相比于傳統(tǒng)分立式的架構(gòu)，在PCB空間上能節(jié)省80%，而且在功耗表現(xiàn)上非常優(yōu)秀，低功耗模式電流最低僅有15微安。
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曾工還介紹了意法半導(dǎo)體的幾個(gè)技術(shù)創(chuàng)新，第一個(gè)創(chuàng)新是在傳統(tǒng)單電阻采樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)三電阻采樣的性能，而且不需要對(duì)PWM波形做修正。第二個(gè)創(chuàng)新是在雙電機(jī)拓?fù)湎聝蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)單元共享一套電源采樣模塊，這將大大減少雙電機(jī)控制復(fù)雜度。
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凌鷗創(chuàng)芯：多樣化、適應(yīng)范圍廣的凌鷗電機(jī)控制方案
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作為一家專注于控制及驅(qū)動(dòng)集成電路及總體解決方案設(shè)計(jì)的企業(yè)，凌鷗創(chuàng)芯具備各種電機(jī)控制算法、應(yīng)用方案及特種電機(jī)的開(kāi)發(fā)能力。本次大會(huì)上，凌鷗創(chuàng)芯市場(chǎng)總監(jiān)傅華帶來(lái)了多樣化、適應(yīng)范圍廣的凌鷗電機(jī)控制方案。
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目前凌鷗創(chuàng)芯以運(yùn)動(dòng)控制芯片為核心業(yè)務(wù)，整合上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，具有處理器、DSP、AD/DA、PGA等數(shù)?；旌蟂oC研發(fā)能力，同時(shí)具備電機(jī)控制算法及電機(jī)本體設(shè)計(jì)能力。凌鷗創(chuàng)芯通過(guò)不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，自主研發(fā)了電控專用SoC、門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)器、電源等系列芯片。在MCU產(chǎn)品上，凌鷗創(chuàng)芯各系列MCU合計(jì)年出貨量1億顆以上，其中MCU＋Pre-driver＋Driver的產(chǎn)品組合LKS32AT08X目前已經(jīng)獲得AEC-Q100認(rèn)證。凌鷗創(chuàng)芯的車用芯片集成 Gate Driver + OPA + LDO，集成CAN/ LIN 總線通訊，已通過(guò)功能安全認(rèn)證并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出貨。
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傅總介紹，電機(jī)控制的核心在于對(duì)電流電壓等輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)可靠的采樣，同時(shí)抗干擾、穩(wěn)定性也是挑戰(zhàn)。凌鷗創(chuàng)芯的運(yùn)動(dòng)控制芯片以MCU + DSP為雙核心，配置高速雙路同步采樣 3MSPS 12bit SAR ADC，F(xiàn)OC電流環(huán)僅需1.2usec。同時(shí)0.5%的高精度電壓基準(zhǔn)源以及±1%的內(nèi)部RC時(shí)鐘保證了器件的可靠性。
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凌鷗創(chuàng)芯專門(mén)為電機(jī)控制進(jìn)行了定制優(yōu)化，硬件上使用非常少的外圍元器件就可以組建一個(gè)復(fù)雜的電機(jī)控制系統(tǒng)，使用自主開(kāi)發(fā)的LKS32自動(dòng)代碼生成工具，只需要?jiǎng)酉率髽?biāo)就可生成硬件初始化庫(kù)函數(shù)，輕松地配置及處理各模塊，覆蓋了從GPIO到Timer、UART、ADC、DAC等等所有的外設(shè)，靈活的拓?fù)浼軜?gòu)適用于有感FOC/無(wú)感FOC/BLDC/兩相步進(jìn)電機(jī)等控制系統(tǒng)。另外，凌鷗創(chuàng)芯運(yùn)控芯片的控制算法軟件生態(tài)完善，提供多種應(yīng)用場(chǎng)景的產(chǎn)品級(jí)控制算法，極大提高開(kāi)發(fā)效率。
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市場(chǎng)對(duì)電機(jī)控制器的性能要求和功能要求越來(lái)越高，凌鷗創(chuàng)芯表示將陸續(xù)推出高性能MCU、HVIC、Angle Sensor以及電機(jī)控制軟件平臺(tái)等產(chǎn)品。將以更高性能、更高集成度、更高性價(jià)比、更好地服務(wù)去迎接市場(chǎng)機(jī)遇。
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國(guó)民技術(shù)：助力變頻控制技術(shù)創(chuàng)新 基于N32通用MCU的電控應(yīng)用和解決方案
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在本次電機(jī)控制技術(shù)研討會(huì)上，國(guó)民技術(shù)技術(shù)支持部總監(jiān)張建偉帶來(lái)了“助力變頻控制技術(shù)創(chuàng)新、基于國(guó)民技術(shù)N32通用MCU的電控應(yīng)用和解決方案”主題分享。
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演講開(kāi)始，張建偉首先圍繞“環(huán)保、舒適、高效”三點(diǎn)內(nèi)容，介紹了目前業(yè)內(nèi)對(duì)電機(jī)變頻控制的需求。并表示直流無(wú)刷電機(jī)解決了有刷電機(jī)換向器的固有問(wèn)題，具有可靠性高，噪聲低，節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，正在逐漸替代有刷電機(jī)。電機(jī)變頻控制技術(shù)，在農(nóng)業(yè)智慧化、工廠智能化、家居人性化等方面的普及率正在快速提高，在醫(yī)療、數(shù)控、汽車、航天等高新技術(shù)領(lǐng)域的電機(jī)變頻控制技術(shù)也正朝著高性能、高節(jié)能方向發(fā)展。
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在技術(shù)實(shí)力方面，國(guó)民技術(shù)擁有業(yè)界領(lǐng)先的電機(jī)控制芯片技術(shù)、算法技術(shù)和方案技術(shù)，產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了通用MCU、高等級(jí)安全芯片、射頻芯片、電源管理芯片的覆蓋，可廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、智慧城市節(jié)點(diǎn)控制、工業(yè)控制、智能表計(jì)、醫(yī)療、電池及能源管理、生物識(shí)別、通信、傳感器控制以及機(jī)器人等領(lǐng)域。
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在電機(jī)控制領(lǐng)域，國(guó)民技術(shù)主要以N32系列MCU為主。其中，基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的N32G455x系列MCU為高性能MCU，主頻最高可達(dá)144MHz，具有強(qiáng)大的運(yùn)算和存儲(chǔ)能力。
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會(huì)議上，張建偉以家庭服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用為例，介紹了N32G455x系列MCU具有多通道、高精度、高速實(shí)時(shí)采樣與控制等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在單芯片的作用下，可實(shí)現(xiàn)吸塵電機(jī)、邊刷電機(jī)和行走電機(jī)等多個(gè)電機(jī)的協(xié)同控制。值得一提的是，N32G455x系列MCU在額定功率的帶PFC的空調(diào)壓縮機(jī)解決方案中，PFC功率因數(shù)可達(dá)0.98以上。
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最后，張建偉還向大家介紹了國(guó)民技術(shù)N32產(chǎn)品家族的“新成員”：N32A455車規(guī)級(jí)MCU、N32S003低功耗安全芯片和N32G430通用型MCU。其中，N32G430通用型MCU采用了Cortex-M4作為處理器內(nèi)核，主頻高達(dá)128MHz，主打性價(jià)比路線，價(jià)格堪比Cortex-M0 內(nèi)核產(chǎn)品，是32位MCU產(chǎn)品中的性價(jià)比之選。
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Microchip：電機(jī)解決方案如何化繁為簡(jiǎn)
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Microchip針對(duì)電機(jī)控制領(lǐng)域，提供了豐富的8/16/32位單片機(jī)方案，本次研討會(huì)上Microchip主任應(yīng)用工程師宋偉分享了《Microchip電機(jī)解決方案如何化繁為簡(jiǎn)》這一主題。
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宋偉指出，雖然往往用于簡(jiǎn)單的電機(jī)控制，但8位MCU的集成外設(shè)不輸任何高性能MCU，Microchip的8位PIC/AVR單片機(jī)就擁有靈活的集成外設(shè)，比如傳感器接口、信號(hào)調(diào)理等集成模擬外設(shè)，PWM驅(qū)動(dòng)和波形產(chǎn)生的波形控制外設(shè)，以及有線、無(wú)線和加密等通信外設(shè)。
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Microchip為此推出了獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)（CIP）這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)，CIP可以創(chuàng)建自我維持的功能，從而實(shí)現(xiàn)給CPU減負(fù)。除此之外，CIP還能提升穩(wěn)健性，提供強(qiáng)大的I/O驅(qū)動(dòng)能力，又因?yàn)闇p小了晶體管泄露，從而降低了功耗。不僅如此，CIP這一設(shè)計(jì)無(wú)需額外費(fèi)用就能享受定制設(shè)計(jì)，也減少了應(yīng)用的軟件開(kāi)發(fā)工作量。
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Microchip的高性能16位單片機(jī)dsPIC DSC，兼具DSP/MCU內(nèi)核，提供單內(nèi)核和雙內(nèi)核選擇，最多同時(shí)控制3個(gè)電機(jī)，性能最高達(dá)100MHz/內(nèi)核。dsPIC DSC提供了28引腳到144引腳的靈活封裝選擇，可以覆蓋家用電器到汽車、工業(yè)電機(jī)控制等應(yīng)用。Microchip也在其官網(wǎng)上為工程師提供了超過(guò)25份附帶源代碼的應(yīng)用筆記，包括無(wú)感BLDC控制和使用霍爾開(kāi)關(guān)的FOC控制等。
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Microchip的32位單片機(jī)可以滿足多軸運(yùn)動(dòng)控制、配置文件和S曲線等復(fù)雜的電機(jī)控制。Microchip也針對(duì)不同的性能資源需求，推出了從SAM C21/D21、SAM E70、PIC32MK MC、PIC32CM MC等一系列涵蓋入門(mén)到高性能的32位單片機(jī)產(chǎn)品。除了數(shù)據(jù)手冊(cè)、應(yīng)用筆記等技術(shù)資料外，Microchip也圍繞其32位單片機(jī)打造了完整的電機(jī)控制生態(tài)系統(tǒng)，包括單/雙電機(jī)開(kāi)發(fā)板、PFC等硬件工具，以及獨(dú)立的MC軟件庫(kù)、MPLAB Harmony框架等軟件工具。
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