無論是作為技術(shù)專家還是供應(yīng)鏈專家，早些年可以不懂時政、不管市場，一頭扎身技術(shù)，依然設(shè)計出好的產(chǎn)品。但現(xiàn)在，新形勢下帶來了更迫切的新挑戰(zhàn)。當(dāng)然，對電機驅(qū)動行業(yè)來說，新的挑戰(zhàn)絕不只是貿(mào)易戰(zhàn)，還有價格戰(zhàn)、市場戰(zhàn)、以及工業(yè)4.0等新應(yīng)用帶來的產(chǎn)品升級的技術(shù)挑戰(zhàn)等等。VQiesmc

小身材驅(qū)動大工業(yè)

工業(yè)范疇很大，尤其是隨著工業(yè)4.0概念的提出，不止是數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析、企業(yè)上云，還需要將分析處理完的數(shù)據(jù)返回到現(xiàn)場，參與到具體的控制中，從而形成真正的閉環(huán)。而電機驅(qū)動作為整個閉環(huán)中的執(zhí)行器環(huán)節(jié)，其性能好壞直接影響到整個閉環(huán)的性能。VQiesmc

因此，工業(yè)4.0對電機驅(qū)動提出了更高的性能和功能要求，例如更快的響應(yīng)速度、更高的帶寬、更高精度的位置和速度控制、以及更豐富的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能等。同時，還迫切要求電機尺寸越來越小、功率密度越大越好，就像當(dāng)前應(yīng)用于工業(yè)機器人領(lǐng)域的書本型伺服驅(qū)動器，通常還沒有一本《新華字典》大。VQiesmc

在富昌電子(Future Electronics)中國區(qū)工業(yè)電機驅(qū)動市場商務(wù)拓展經(jīng)理余國民看來，當(dāng)面對這些林林總總的挑戰(zhàn)時，根據(jù)設(shè)計要求選擇一顆合適的微控制器(MCU)會是業(yè)內(nèi)人士率先做出的選擇，這也是整個產(chǎn)品最核心的部分，畢竟MCU的CPU頻率、ADC采樣速度、PWM性能從硬件上決定著電機控制環(huán)路中電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的響應(yīng)速度，MCU的集成度也決定了整個系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本控制。VQiesmc

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富昌電子(Future Electronics)中國區(qū)工業(yè)電機驅(qū)動市場商務(wù)拓展經(jīng)理余國民VQiesmc

“MCU是核心、是大腦，而模擬和功率器件是軀干、是手腳，只有頭腦聰明、手腳靈敏才能滿足工業(yè)4.0的要求。”余國民說，在富昌電子所參與的具體項目設(shè)計中，適合中端市場的STM新貴-STM32G4系列、適合雙軸伺服的NXP“跨界之王”-RT1020系列、適合高端伺服的瑞薩電子(Renesas)-RT/T1系列和電驅(qū)老牌玩家Microchip的dsPIC33系列都是各有特點的MCU產(chǎn)品。而安森美(OnSemi)的IPM、美信的隔離器件、LittelFuse的保護器件、英飛凌的驅(qū)動和MOSFET等產(chǎn)品都是非常不錯的選擇。VQiesmc

圣邦微電子(北京)股份有限公司產(chǎn)品線經(jīng)理李志林則進一步指出，其實不止在工業(yè)4.0領(lǐng)域，隨著無人機、智慧家居、新能源汽車和機器人等領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，電機行業(yè)全面走向高端化、智能化已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展共識，以直流電機、步進電機、直流無刷電機(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)為代表的市場寵兒們正迎來前所未有的市場機遇。VQiesmc

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圣邦微電子(北京)股份有限公司產(chǎn)品線經(jīng)理李志林VQiesmc

例如直流有刷電機由于驅(qū)動簡單，被大批量使用在日常消費品中；步進電機，特別是閉環(huán)步進電機，非常適合應(yīng)用于對精度有一定要求的低成本市場，如紡織機具、ATM機、驗鈔機等低成本的工業(yè)控制；無人機、花園工具等需要小體積但大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用尤其青睞直流無刷電機；而永磁同步電機主要應(yīng)用于需要對位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩進行高精度控制的產(chǎn)品中。VQiesmc

這其中又以控制更加方便、簡潔的BLDC/PMSM電機市場最為火熱。數(shù)據(jù)顯示，2018年全球僅BLDC電機市場規(guī)模就約為153.6億美元，未來5年將以6.5%的年復(fù)合增長率增長，預(yù)計到2022年市場規(guī)模將達到200億美元。VQiesmc

同時，為了順應(yīng)市場要求，使產(chǎn)品獲得競爭力，高精度、高可靠性、長壽命、低功耗、小型化、高集成度是現(xiàn)今電機產(chǎn)品需要努力的方向。比如在高集成度的應(yīng)用中，傳統(tǒng)電機控制鏈路MCU+Gate Driver+MOSFET中已經(jīng)出現(xiàn)了MCU+預(yù)驅(qū)動(Pre-Driver)集成，或是預(yù)驅(qū)動(Pre-Driver)+MOSFET功率模組集成的方式，甚至在一些小功率應(yīng)用中還出現(xiàn)了集成全部鏈路的情形。而在便攜設(shè)備、IOT和5G應(yīng)用中，對電機驅(qū)動在高精度、小型化、高集成度、低功耗的要求越來越高；而自動化生產(chǎn)線則對電機驅(qū)動的高可靠性和長壽命提出了苛刻的要求。[!--empirenews.page--]VQiesmc

從目前的市場情形來看，吸塵器和電動工具兩個高速成長的行業(yè)正在快速推動直流電機從有刷到無刷，從帶傳感器到無傳感器的轉(zhuǎn)換。Qorvo可編程電機控制高級銷售經(jīng)理張鯤說這種變化帶來的競爭優(yōu)勢是顯而易見的，除了尺寸的縮小外，帶傳感器安裝通常存在安裝角度問題，會導(dǎo)致15%-20%的電機產(chǎn)品無法達到性能要求，而直流無刷電機可以依靠算法進行控制，從而使性能得到大幅提升。VQiesmc

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Qorvo可編程電機控制高級銷售經(jīng)理張鯤VQiesmc

但另一方面，由于電機驅(qū)動過程實際上是模擬數(shù)據(jù)的連續(xù)變化，所以用算法對電機進行控制的難度是增加的。而算法恰恰是目前中國電機工程師面臨的最大短板之一，這就對電機驅(qū)動芯片廠商提出了挑戰(zhàn)。在他看來，最科學(xué)的做法是必須和對具體應(yīng)用場景極為熟悉的客戶共同合作。VQiesmc

“電機驅(qū)動應(yīng)用看似簡單，但實際上存在著非常大的挑戰(zhàn)。電機的啟動、運行、停止，不同的溫度、電阻、磁場變化都會影響電機運行，這是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要長期的、反復(fù)的系統(tǒng)級驗證與測試，失敗的概率遠遠高于成功概率。”張鯤認(rèn)為快速的上市時間要求也給用戶帶來了壓力，導(dǎo)致他們很難針對某項技術(shù)做長期穩(wěn)定的研發(fā)投入，這是現(xiàn)實問題。因此，作為驅(qū)動IC廠商，最大的責(zé)任就是要把芯片平臺設(shè)計的更友好、更清晰、更符合采購需求，在充分考慮芯片的整體架構(gòu)、終端調(diào)配和資源分配前提下，確保和芯片相關(guān)的算法能夠盡快落地。VQiesmc

如何選擇優(yōu)良的電機控制器

“選擇有時比努力更重要。”余國民說這句話也同樣適用于電機驅(qū)動行業(yè)，選擇合適的器件、方案、合作伙伴，再加上專業(yè)的努力，畢竟我們不但要應(yīng)對技術(shù)與需求的難題，還要從容面對錯綜復(fù)雜的新形勢。VQiesmc

例如對于MCU的選擇，最新的、高性價比的器件往往能有效地降低BOM成本，最簡單的案例是如果選用RT1020替代TMS320F2833X，不但單顆成本降低10美金，主頻更是從150MHz提高到400MHz。當(dāng)然，降低元器件的成本固然是降成本的關(guān)鍵，系統(tǒng)成本和研發(fā)成本的降低也是企業(yè)經(jīng)營者需要考慮的問題。VQiesmc

李志林對此表達了類似的觀點。他說作為一家國內(nèi)半導(dǎo)體公司，離客戶最近，能否積極聽取客戶意見并有效解決客戶疼點，提高產(chǎn)品性能，才是用戶最終選擇并信任你的理由。以圣邦微電子針對紡織機械控制板用戶設(shè)計的步進電機控制器SGM42630為例，不但通過小體積解決了發(fā)熱不好處理的困惑，還依靠自適應(yīng)控制衰減模式省去了用戶針對不同電機類型都要進行調(diào)試的麻煩。此外，針對手機升降相機模組的需求，圣邦微還設(shè)計了體積更小，細(xì)分度更高，功耗更低的高集成度方案。VQiesmc

但張鯤認(rèn)為在一個競爭充分的市場里對硬件進行選擇不會是一個很大的難題。換句話說，技術(shù)不是贏得電機驅(qū)動市場的唯一條件。以他的經(jīng)驗來看，工程師在不同MCU平臺之間做技術(shù)遷移的時間可能都不會超過一周，如何從應(yīng)用的角度出發(fā)選擇合適的方案，統(tǒng)籌好性能、成本、尺寸、功耗、控制精度、可靠性等核心要素之間的關(guān)系，才是最核心的問題，畢竟電機驅(qū)動生意不是“一錘子的買賣”，只有保證技術(shù)投資的延續(xù)性才能產(chǎn)生持續(xù)的價值。VQiesmc

“電機是海量市場，應(yīng)用需求各不相同，很難有放之四海皆準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。我知道有國內(nèi)公司將算法做硬件固化，有便利性但犧牲了靈活性，適合功能單一確定的市場。但如果要面對高度靈活性的市場，高集成度、可控制、可編程的方案就能脫穎而出。”張鯤說。VQiesmc

除了正確的選擇外，考慮到盡管從傳統(tǒng)AC電機設(shè)計轉(zhuǎn)換到更為成熟的BLDC/PMSM電機設(shè)計是當(dāng)前的熱點，但BLDC/PMSM電機需要更復(fù)雜的電子控制，很多傳統(tǒng)電機行業(yè)工程師只了解硬件，缺乏對電子控制算法和將復(fù)雜數(shù)學(xué)計算轉(zhuǎn)換為軟件編碼的經(jīng)驗和專有技術(shù)，因此，如何從系統(tǒng)層面加以支持，是很多電機驅(qū)動IC廠商正在思考的事情。VQiesmc

意法半導(dǎo)體(ST)亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域市場和應(yīng)用副總裁FRANCESCO MUGGERI稱穩(wěn)定性和可靠性是電機控制最重要的考慮因素，這是毋庸置疑的。但如果沒有生態(tài)系統(tǒng)和軟件的支持，電機控制硬件將不可避免的落入孤掌難鳴的境地。因此，為了更好的提供系統(tǒng)級支持，ST通過遍布整個大中華區(qū)的技術(shù)/銷售/支持團隊和電機驅(qū)動應(yīng)用中心向用戶提供從硬件、軟件、庫和整個市場架構(gòu)的全方位支持。[!--empirenews.page--]VQiesmc

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意法半導(dǎo)體(ST)亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域市場和應(yīng)用副總裁FRANCESCO MUGGERIVQiesmc

也就是說，從產(chǎn)品設(shè)計本身來看，ST既有只內(nèi)置了最基本電路的產(chǎn)品，也有集成了算法的高集成產(chǎn)品，用戶完全可以基于自己的設(shè)計能力進行選用；從產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)來看，當(dāng)用戶需要搭一個系統(tǒng)時，如果完全從零開始做系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計會比較困難。ST推出了不同的評估板，如果客戶熟悉STM，可以模擬一個系統(tǒng)，只要選對應(yīng)產(chǎn)品的拓展板，就可以像搭積木一樣模擬出一個系統(tǒng)，從而大幅降低原型機的開發(fā)成本。此外，ST還針對某些特定應(yīng)用推出了完整的參考方案，客戶不但可以從ST網(wǎng)站上免費下載軟硬件資料，甚至可以直接使用參考板的原理圖，這對他們的設(shè)計幫助極大。VQiesmc

目前，ST可以面向家用電器及商用電器、工業(yè)電源和工業(yè)工具、工業(yè)電機、消費類機器人等應(yīng)用提供電機控制整體解決方案。以掃地機器人為例，ST實現(xiàn)了從實現(xiàn)監(jiān)測位置、防撞的傳感器，到包括藍牙在內(nèi)的各種無線通訊芯片，再到無線充電、電機驅(qū)動芯片的“一條龍”供貨。截止到2018年，ST智能電機控制產(chǎn)品已達130多款，銷售量突破10億。VQiesmc

備胎與可替代

如果說來自各行各業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)，還只是對電機驅(qū)動性能本身提出了更高的要求，是在本質(zhì)上促進電機驅(qū)動行業(yè)的發(fā)展，那么貿(mào)易戰(zhàn)則似乎是一個外來的、并且不是很有助益的考驗。VQiesmc

眾所周知，在傳統(tǒng)的電機驅(qū)動中，使用了大量來自美國供應(yīng)商的芯片和產(chǎn)品，如TI 的C2000 DSP是目前國內(nèi)變頻器和伺服驅(qū)動器行業(yè)流行使用的MCU，TMS320F28335則堪稱伺服驅(qū)動器的標(biāo)配，現(xiàn)在依然有很多廠商在使用。VQiesmc

貿(mào)易戰(zhàn)的一再升級，同樣也讓電機驅(qū)動行業(yè)有先覺意識的廠商開始尋找更為豐富的解決方案。當(dāng)然，不論是國產(chǎn)、歐洲還是日本器件，各家產(chǎn)品有各自的特點，分別適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，根據(jù)具體使用場景和技術(shù)要求選擇合適的產(chǎn)品才是更為重要的。而且平臺的移植和關(guān)鍵器件的替換并非簡單工作，需要在產(chǎn)品選型、評估、設(shè)計分析、系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)權(quán)衡等各方面仔細(xì)斟酌。VQiesmc

其實，貿(mào)易戰(zhàn)固然來得突然，使人發(fā)懵，但還有一項挑戰(zhàn)卻由來已久，并且有愈演愈烈的趨勢，那就是行業(yè)競爭。余國民說，良性的競爭能促進行業(yè)發(fā)展，但惡性的競爭會讓整個行業(yè)停滯不前。正如前幾年工縫伺服的競爭，就是一場殺敵一千，自損八百的價格戰(zhàn)，最后帶來的影響非常之大。只有用新的技術(shù)和產(chǎn)品帶來新的價格和性能優(yōu)勢，才能在嚴(yán)酷的市場競爭中贏得先機。VQiesmc

本文為《國際電子商情》12月刊雜志文章，版權(quán)所有，禁止轉(zhuǎn)載。免費雜志訂閱申請點擊 這里VQiesmc