电机控制面临新要求 提升自身实力是根本

尹玉君

“双碳”为电机系统带来更高要求

自“双碳”目标提出后，围绕“源网荷储一体化”展开的能源互联网变革已拉开帷幕。电机作为负荷侧的电能消耗大户，用量占比高达60% 以上，其能效提升势在必行，2021年6月，国标GB18613-2020强制实施，对电机能效值的要求又大幅提升。而直流变频电机凭借其高效的先天优势，必然成为“双碳”目标下负荷侧变革的领跑者。

直流变频电机控制系统是由电机本体和控制系统共同组成。针对电机本体设计，高效率、高密度（功率及扭矩）、高转速、强可控性、强环境适应性、低噪低振等要求越来越高;对应的控制系统要求MCU（微控制器）具备快速运算电机算法能力、算法本身要求高鲁棒性和适应性，抗EMC能力强、温度运行范围宽、高度集成化、高性价比、功率器件低损耗等。

直流无刷电机帮助提升效率

由于新能源车是以电池能量为驱动源的，因此各类电机非常注重能耗。如Tesla主驱电机从异步电机转成直流无刷电机，主因就是城市工况下直流无刷电机的效率比异步电机高，可提升电池续航能力。除了主驱电机，HVAC（供热通风与空气调节）部分的空调压缩机电机，驾驶部分的EPS （电动助力转向系统）电机三大部件必然采用直流无刷外，类似雨刮、电子水泵、电子油泵等也正逐渐无刷化。

电机系统向协核处理发展

电机的高效控制，除了对芯片模拟IP的AD（模拟数字），OP（放大器）的需求外，对数字控制核心处理系统的要求一是运算能力，二是数字部分的PWM的产生和AD配合机制。算力要求会随着电机转速升高、控制算法的复杂度、控制环路的增加、所控对象的数量增加而相应的提高。在数字控制算法部分，会出现三角函数解算，开根，滤波器（如二阶IIR，陷波器等），数字环路补偿器，乘除法器等。

针对这些数字控制的需求，MCU需提升自身的算力，但这种提升又受芯片工艺，芯片发热功耗，供电电压等级等因素制约。现在越来越多的厂家，开始尝试MCU+协处理器的方式解决算力问题。将标准化的算法模块用协核方式进行处理，以减轻MCU的负担。如在工业伺服控制上，采用MCU+FPGA的双核方式处理，MCU负责算法+外部人机接口，FPGA處理电机位置解码算法+HRPWM。

国产电机厂商逐步渗透市场

相比国际竞争对手，国内的电机控制系统和元器件厂商虽然起步较晚，但对电机领域的细分市场需求调查更加深入，也更了解市场走向和用户痛点。由于国内电机控制系统和元器件厂商对产品定位准确，能做出性价比更高、集成度更高的产品，同时迭代速度也比国际竞争对手快，而且国内半导体自身服务能力，服务意愿更强。因此原本由国外半导体占据的市场领域，如微电机、风机水泵、户外骑行、电动工具、运动器材等市场的电机类芯片全国产化基本会在1-2年内结束。