電機控制面臨新要求 提升自身實力是根本

尹玉君

“雙碳”為電機系統(tǒng)帶來更高要求

自“雙碳”目標提出后，圍繞“源網(wǎng)荷儲一體化”展開的能源互聯(lián)網(wǎng)變革已拉開帷幕。電機作為負荷側(cè)的電能消耗大戶，用量占比高達60% 以上，其能效提升勢在必行，2021年6月，國標GB18613-2020強制實施，對電機能效值的要求又大幅提升。而直流變頻電機憑借其高效的先天優(yōu)勢，必然成為“雙碳”目標下負荷側(cè)變革的領(lǐng)跑者。

直流變頻電機控制系統(tǒng)是由電機本體和控制系統(tǒng)共同組成。針對電機本體設(shè)計，高效率、高密度（功率及扭矩）、高轉(zhuǎn)速、強可控性、強環(huán)境適應(yīng)性、低噪低振等要求越來越高;對應(yīng)的控制系統(tǒng)要求MCU（微控制器）具備快速運算電機算法能力、算法本身要求高魯棒性和適應(yīng)性，抗EMC能力強、溫度運行范圍寬、高度集成化、高性價比、功率器件低損耗等。

直流無刷電機幫助提升效率

由于新能源車是以電池能量為驅(qū)動源的，因此各類電機非常注重能耗。如Tesla主驅(qū)電機從異步電機轉(zhuǎn)成直流無刷電機，主因就是城市工況下直流無刷電機的效率比異步電機高，可提升電池續(xù)航能力。除了主驅(qū)電機，HVAC（供熱通風與空氣調(diào)節(jié)）部分的空調(diào)壓縮機電機，駕駛部分的EPS （電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）電機三大部件必然采用直流無刷外，類似雨刮、電子水泵、電子油泵等也正逐漸無刷化。

電機系統(tǒng)向協(xié)核處理發(fā)展

電機的高效控制，除了對芯片模擬IP的AD（模擬數(shù)字），OP（放大器）的需求外，對數(shù)字控制核心處理系統(tǒng)的要求一是運算能力，二是數(shù)字部分的PWM的產(chǎn)生和AD配合機制。算力要求會隨著電機轉(zhuǎn)速升高、控制算法的復(fù)雜度、控制環(huán)路的增加、所控對象的數(shù)量增加而相應(yīng)的提高。在數(shù)字控制算法部分，會出現(xiàn)三角函數(shù)解算，開根，濾波器（如二階IIR，陷波器等），數(shù)字環(huán)路補償器，乘除法器等。

針對這些數(shù)字控制的需求，MCU需提升自身的算力，但這種提升又受芯片工藝，芯片發(fā)熱功耗，供電電壓等級等因素制約?，F(xiàn)在越來越多的廠家，開始嘗試MCU+協(xié)處理器的方式解決算力問題。將標準化的算法模塊用協(xié)核方式進行處理，以減輕MCU的負擔。如在工業(yè)伺服控制上，采用MCU+FPGA的雙核方式處理，MCU負責算法+外部人機接口，F(xiàn)PGA處理電機位置解碼算法+HRPWM。

國產(chǎn)電機廠商逐步滲透市場

相比國際競爭對手，國內(nèi)的電機控制系統(tǒng)和元器件廠商雖然起步較晚，但對電機領(lǐng)域的細分市場需求調(diào)查更加深入，也更了解市場走向和用戶痛點。由于國內(nèi)電機控制系統(tǒng)和元器件廠商對產(chǎn)品定位準確，能做出性價比更高、集成度更高的產(chǎn)品，同時迭代速度也比國際競爭對手快，而且國內(nèi)半導體自身服務(wù)能力，服務(wù)意愿更強。因此原本由國外半導體占據(jù)的市場領(lǐng)域，如微電機、風機水泵、戶外騎行、電動工具、運動器材等市場的電機類芯片全國產(chǎn)化基本會在1-2年內(nèi)結(jié)束。