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贸易战下的电机驱动芯片选择

“选择有时比努力更重要。”这句话也同样适用于电机驱动行业,选择合适的器件、方案、合作伙伴,再加上专业的努力,毕竟我们不但要应对技术与需求的难题,还要从容面对错综复杂的新形势。

无论是作为技术专家还是供应链专家,早些年可以不懂时政、不管市场,一头扎身技术,依然设计出好的产品。但现在,新形势下带来了更迫切的新挑战。当然,对电机驱动行业来说,新的挑战绝不只是贸易战,还有价格战、市场战、以及工业4.0等新应用带来的产品升级的技术挑战等等。

小身材驱动大工业

工业范畴很大,尤其是随着工业4.0概念的提出,不止是数据采集、大数据分析、企业上云,还需要将分析处理完的数据返回到现场,参与到具体的控制中,从而形成真正的闭环。而电机驱动作为整个闭环中的执行器环节,其性能好坏直接影响到整个闭环的性能。

因此,工业4.0对电机驱动提出了更高的性能和功能要求,例如更快的响应速度、更高的带宽、更高精度的位置和速度控制、以及更丰富的网络互联功能等。同时,还迫切要求电机尺寸越来越小、功率密度越大越好,就像当前应用于工业机器人领域的书本型伺服驱动器,通常还没有一本《新华字典》大。

在富昌电子(Future Electronics)中国区工业电机驱动市场商务拓展经理余国民看来,当面对这些林林总总的挑战时,根据设计要求选择一颗合适的微控制器(MCU)会是业内人士率先做出的选择,这也是整个产品最核心的部分,毕竟MCU的CPU频率、ADC采样速度、PWM性能从硬件上决定着电机控制环路中电流环、速度环和位置环的响应速度,MCU的集成度也决定了整个系统的复杂程度和成本控制。

富昌电子(Future Electronics)中国区工业电机驱动市场商务拓展经理余国民

“MCU是核心、是大脑,而模拟和功率器件是躯干、是手脚,只有头脑聪明、手脚灵敏才能满足工业4.0的要求。”余国民说,在富昌电子所参与的具体项目设计中,适合中端市场的STM新贵-STM32G4系列、适合双轴伺服的NXP“跨界之王”-RT1020系列、适合高端伺服的瑞萨电子(Renesas)-RT/T1系列和电驱老牌玩家Microchip的dsPIC33系列都是各有特点的MCU产品。而安森美(OnSemi)的IPM、美信的隔离器件、LittelFuse的保护器件、英飞凌的驱动和MOSFET等产品都是非常不错的选择。

圣邦微电子(北京)股份有限公司产品线经理李志林则进一步指出,其实不止在工业4.0领域,随着无人机、智慧家居、新能源汽车和机器人等领域的蓬勃发展,电机行业全面走向高端化、智能化已经成为行业发展共识,以直流电机、步进电机、直流无刷电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)为代表的市场宠儿们正迎来前所未有的市场机遇。

圣邦微电子(北京)股份有限公司产品线经理李志林.jpg

圣邦微电子(北京)股份有限公司产品线经理李志林

例如直流有刷电机由于驱动简单,被大批量使用在日常消费品中;步进电机,特别是闭环步进电机,非常适合应用于对精度有一定要求的低成本市场,如纺织机具、ATM机、验钞机等低成本的工业控制;无人机、花园工具等需要小体积但大转矩的应用尤其青睐直流无刷电机;而永磁同步电机主要应用于需要对位置、转速、转矩进行高精度控制的产品中。

这其中又以控制更加方便、简洁的BLDC/PMSM电机市场最为火热。数据显示,2018年全球仅BLDC电机市场规模就约为153.6亿美元,未来5年将以6.5%的年复合增长率增长,预计到2022年市场规模将达到200亿美元。

同时,为了顺应市场要求,使产品获得竞争力,高精度、高可靠性、长寿命、低功耗、小型化、高集成度是现今电机产品需要努力的方向。比如在高集成度的应用中,传统电机控制链路MCU+Gate Driver+MOSFET中已经出现了MCU+预驱动(Pre-Driver)集成,或是预驱动(Pre-Driver)+MOSFET功率模组集成的方式,甚至在一些小功率应用中还出现了集成全部链路的情形。而在便携设备、IOT和5G应用中,对电机驱动在高精度、小型化、高集成度、低功耗的要求越来越高;而自动化生产线则对电机驱动的高可靠性和长寿命提出了苛刻的要求。

原创
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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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