“雙碳”為電機(jī)系統(tǒng)帶來更高要求

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

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

直流無刷電機(jī)幫助提升效率

由于新能源車是以電池能量為驅(qū)動(dòng)源的，因此各類電機(jī)非常注重能耗。如Tesla 主驅(qū)電機(jī)從異步電機(jī)轉(zhuǎn)成直流無刷電機(jī)，主因就是城市工況下直流無刷電機(jī)的效率比異步電機(jī)高，可提升電池續(xù)航能力。除了主驅(qū)電機(jī)，HVAC（供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)）部分的空調(diào)壓縮機(jī)電機(jī)，駕駛部分的EPS（電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）電機(jī)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(jī)系統(tǒng)向協(xié)核處理發(fā)展電機(jī)的高效控制，除了對(duì)芯片模擬IP 的AD（模擬數(shù)字），OP（放大器）的需求外，對(duì)數(shù)字控制核心處理系統(tǒng)的要求一是運(yùn)算能力，二是數(shù)字部分的PWM 的產(chǎn)生和AD 配合機(jī)制。算力要求會(huì)隨著電機(jī)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(duì)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(huì)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(bǔ)償器，乘除法器等。

針對(duì)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(jí)等因素制約。現(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(biāo)準(zhǔn)化的算法模塊用協(xié)核方式進(jìn)行處理，以減輕MCU 的負(fù)擔(dān)。如在工業(yè)伺服控制上，采用MCU+FPGA 的雙核方式處理，MCU 負(fù)責(zé)算法+ 外部人機(jī)接口，F(xiàn)PGA 處理電機(jī)位置解碼算法+HRPWM。

國產(chǎn)電機(jī)廠商逐步滲透市場(chǎng)

相比國際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，國內(nèi)的電機(jī)控制系統(tǒng)和元器件廠商雖然起步較晚，但對(duì)電機(jī)領(lǐng)域的細(xì)分市場(chǎng)需求調(diào)查更加深入，也更了解市場(chǎng)走向和用戶痛點(diǎn)。由于國內(nèi)電機(jī)控制系統(tǒng)和元器件廠商對(duì)產(chǎn)品定位準(zhǔn)確，能做出性價(jià)比更高、集成度更高的產(chǎn)品，同時(shí)迭代速度也比國際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手快，而且國內(nèi)半導(dǎo)體自身服務(wù)能力，服務(wù)意愿更強(qiáng)。因此原本由國外半導(dǎo)體占據(jù)的市場(chǎng)領(lǐng)域，如微電機(jī)、風(fēng)機(jī)水泵、戶外騎行、電動(dòng)工具、運(yùn)動(dòng)器材等市場(chǎng)的電機(jī)類芯片全國產(chǎn)化基本會(huì)在1-2 年內(nèi)結(jié)束。

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年3月期）