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寬驅(qū)動(dòng)、高頻PWM與無(wú)感FOC都有,2025電機(jī)驅(qū)動(dòng)新品齊發(fā)

Felix分析 ? 來(lái)源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:吳子鵬 ? 2025-02-22 22:53 ? 次閱讀
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文 / 吳子鵬)在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng) IC 發(fā)揮著關(guān)鍵作用,能夠精確控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速。通過(guò)輸入不同的控制信號(hào),電機(jī)驅(qū)動(dòng) IC 可以改變電機(jī)繞組中電流的方向和大小,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)控制。
隨著工業(yè)自動(dòng)化、新能源汽車、智能家居、消費(fèi)電子等領(lǐng)域?qū)﹄姍C(jī)的需求持續(xù)攀升,電機(jī)驅(qū)動(dòng) IC 的市場(chǎng)需求也水漲船高。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2024 年全球電機(jī)驅(qū)動(dòng) IC 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 318 億元,預(yù)計(jì)到 2029 年將增長(zhǎng)至 451 億元,年復(fù)合增長(zhǎng)率為 5.2%。

近期,為滿足最新的市場(chǎng)需求,各大芯片原廠紛紛更新電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品線,涵蓋 IC 和軟件,主要廠商包括英飛凌、意法半導(dǎo)體(ST)、PI 等。那么,這些新品將為哪些應(yīng)用帶來(lái)利好呢?

英飛凌推出 MOTIX? BTM90xx 系列

今年 1 月,英飛凌科技 (Infineon Technologies) 推出全新的 MOTIX? BTM90xx 系列全橋 / H 橋集成電路 (IC),為有刷直流電機(jī)應(yīng)用提供創(chuàng)新解決方案,進(jìn)一步拓展其在低壓電機(jī)控制領(lǐng)域的產(chǎn)品組合。

MOTIX? BTM90xx 系列專為汽車有刷直流電機(jī)設(shè)計(jì),廣泛應(yīng)用于車門、后視鏡、座椅調(diào)節(jié)、車身控制模塊等場(chǎng)景,同時(shí)支持安全關(guān)鍵型應(yīng)用,如區(qū)域控制模塊。在基礎(chǔ)性能方面,該系列覆蓋 7V 至 18V 的工作電壓范圍,還可擴(kuò)展至 4.5V 至 40V。BTM901x 子系列支持至少 10A 的電流限制,BTM902x 子系列電流限制提升至 20A,適用于電動(dòng)尾門或座椅調(diào)節(jié)等高功率需求場(chǎng)景。此外,MOTIX? BTM90xx 系列支持高達(dá) 20kHz 的 PWM 頻率,有助于優(yōu)化電機(jī)效率與噪音控制。

由于目標(biāo)應(yīng)用為汽車領(lǐng)域,MOTIX? BTM90xx 系列在安全和保護(hù)方面進(jìn)行了全面增強(qiáng)。該系列集成嵌入式看門狗,可增強(qiáng)系統(tǒng)安全性,防止因軟件失效導(dǎo)致的控制異常;內(nèi)置全面的診斷與保護(hù)功能,包括過(guò)溫、欠壓、過(guò)流、短路檢測(cè)及交叉電流保護(hù),滿足汽車行業(yè)嚴(yán)苛的可靠性要求;通過(guò)內(nèi)部反饋回路優(yōu)化開關(guān)速率,平衡功耗與電磁兼容性(EMC),無(wú)需手動(dòng)校準(zhǔn) MOSFET 參數(shù)。

為方便工程師使用 MOTIX? BTM90xx 系列,英飛凌提供完整的開發(fā)支持,包括技術(shù)文檔、仿真模型(如 PSPICE)、功率耗散計(jì)算工具、評(píng)估板及 Arduino 示例代碼。同時(shí),工程師可通過(guò)英飛凌開發(fā)者中心IDC)免費(fèi)獲取設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和配置向?qū)?,加速設(shè)計(jì)導(dǎo)入。

意法半導(dǎo)體推出 STSPIN32G0新品

同樣在今年 1 月,意法半導(dǎo)體 STSPIN32 系列集成化電機(jī)驅(qū)動(dòng)器新增八款產(chǎn)品。STSPIN32 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成 STM32 通用微控制器 (MCU) 以及功能豐富的三相柵極驅(qū)動(dòng)器,這一設(shè)計(jì)極大簡(jiǎn)化了電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),能有效節(jié)省 PCB 電路板面積,加快終端產(chǎn)品上市時(shí)間。新發(fā)布的八款產(chǎn)品集成 45V、250V 和 600V 額定電壓的柵極驅(qū)動(dòng)器,可廣泛應(yīng)用于從電池供電的無(wú)線家電和電動(dòng)工具,到工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、暖通空調(diào)系統(tǒng)、有線家用電器等各類場(chǎng)景。新產(chǎn)品集成基于 Arm? Cortex?-M0 + 內(nèi)核的 STM32G031 微控制器,具備強(qiáng)大算力,可處理當(dāng)下熱門的電機(jī)控制算法,如六步控制和矢量控制 (FOC)。

具體來(lái)看,四款低壓新產(chǎn)品基于功能豐富的 45V 柵極驅(qū)動(dòng)器,適用于由鋰電池或最高 36V 有線電源供電的家電和工具,如便攜式電動(dòng)工具、家用電器、無(wú)線吸塵器、機(jī)器人、風(fēng)扇和電泵。四款高壓產(chǎn)品為用戶提供 250V 或 600V 額定驅(qū)動(dòng)電壓,以及 200mA/350mA 或 1.0A/0.85A 拉 / 吸電流選擇,標(biāo)配 ST SmartShutDown 智能關(guān)斷功能,在發(fā)生故障時(shí)可快速保護(hù)外部功率級(jí),其目標(biāo)應(yīng)用涵蓋家電、空調(diào)、家用冰箱、工業(yè)冰箱、工業(yè)電泵和工業(yè)自動(dòng)化。

為幫助工程師減小最終方案的尺寸,STSPIN32G0 這 8 款新品具有出色的集成性,包括集成豐富的片上資源 / 接口資源和全面的保護(hù)功能。在片上資源 / 接口資源方面,STSPIN32G0 提供多達(dá) 32 個(gè)通用 I/O 引腳 (GPIO)、64KB 閃存和 8KB SRAM,以及 I2C、USART、SPI 等數(shù)字接口;在保護(hù)功能方面,STSPIN32G0 提供過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、交叉導(dǎo)通防護(hù)、欠壓鎖定。

為方便工程師快速開展新設(shè)計(jì),每款產(chǎn)品都配備評(píng)估板。并且,STSPIN32 全系支持 STM32 MCU 開發(fā)生態(tài)系統(tǒng),用戶可從中獲取豐富的開發(fā)工具、軟件和評(píng)估板,其中包括 X-CUBE-MCSDK 電機(jī)控制軟件開發(fā)套件 (SDK)、可參數(shù)化的固件庫(kù)和電機(jī)控制工作臺(tái) GUI 軟件,還有 MCU 專用軟件包和中間件,以及便于項(xiàng)目設(shè)置和性能分析的 STM32CubeMX 配置器。

PI 推出最新版 MotorXpert 軟件

了解了兩款硬件產(chǎn)品后,我們?cè)賮?lái)看看軟件方面的新品。今年 2 月,Power Integrations 宣布發(fā)布 MotorXpert? v3.0,這是一套專門用于對(duì)采用該公司 BridgeSwitch?電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC 的無(wú)刷直流逆變器進(jìn)行配置、控制和檢測(cè)的軟件包。BridgeSwitch IC 是一種半橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC,內(nèi)部集成低 RDSON 的 FREDFET 開關(guān)、控制器和驅(qū)動(dòng)器,采用高效散熱封裝。

據(jù)介紹,MotorXpert? v3.0 集成無(wú)分流檢測(cè)電路和無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制(FOC)技術(shù),無(wú)需額外的分流檢測(cè)電路和傳感器,降低了硬件成本與系統(tǒng)復(fù)雜性,提高了集成度和可靠性,能在無(wú)分流檢測(cè)電路和無(wú)傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精準(zhǔn)控制。MotorXpert? v3.0 增加了對(duì)兩相調(diào)制控制方式的支持,適合高溫環(huán)境應(yīng)用,如熱水循環(huán)泵,可將逆變器開關(guān)損耗降低 33%,開發(fā)人員能在逆變器溫度與扭矩紋波之間進(jìn)行權(quán)衡,降低對(duì)散熱器和外殼的成本要求。該軟件還具備 V/F 和 I/F 控制功能,可在任何負(fù)載條件下啟動(dòng)電機(jī),通過(guò)先進(jìn)的算法和控制策略,確保電機(jī)在各種復(fù)雜負(fù)載條件下都能順利啟動(dòng),提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。

在軟件應(yīng)用上,MotorXpert? v3.0 內(nèi)嵌于本地 MCU 或 DSP 上的復(fù)雜數(shù)學(xué)算法,利用 BridgeSwitch IC 的信息構(gòu)建生成精確的反饋信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)模式的實(shí)時(shí)控制。這款軟件對(duì)逆變器的操作進(jìn)行編譯,并以明確的格式顯示關(guān)鍵數(shù)據(jù),供工程分析使用,提供圖形用戶界面,集成數(shù)字示波器可視化工具,方便設(shè)計(jì)、配置參數(shù)和調(diào)試,界面中的餅狀圖實(shí)時(shí)顯示電機(jī)應(yīng)用的具體狀態(tài)。MotorXpert? v3.0 提供缺省模式和專家模式。缺省模式適合初學(xué)者,只需調(diào)整少量關(guān)鍵參數(shù)即可讓電機(jī)安全可靠運(yùn)行;專家模式面向電機(jī)制造商,支持詳細(xì)參數(shù)定制,滿足精細(xì)性能需求。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)后續(xù)發(fā)展

看完上述新品,不難發(fā)現(xiàn)三大電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)的趨勢(shì)十分明顯,分別是高集成、高品質(zhì)和敏捷開發(fā)。

英飛凌和意法半導(dǎo)體的產(chǎn)品均采用高集成方式,將更多功能集成到單一芯片中,如集成微控制器、傳感器、功率器件等,形成高度集成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案。這樣不僅能減少電路板空間,降低系統(tǒng)成本,還能提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

在汽車、工業(yè)等對(duì)可靠性要求極高的領(lǐng)域,電機(jī)驅(qū)動(dòng) IC 將不斷提升其可靠性和穩(wěn)定性。具體手段有兩種,一是增強(qiáng) IC 本身的保護(hù)功能,如 MOTIX? BTM90xx 系列集成了眾多保護(hù)功能;二是采用更先進(jìn)的工藝和封裝技術(shù),增強(qiáng)芯片的抗干擾能力和耐環(huán)境能力,確保在惡劣的工作條件下也能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

無(wú)論是硬件還是軟件,對(duì)于電機(jī)應(yīng)用而言,敏捷開發(fā)這一屬性都體現(xiàn)得淋漓盡致。這其實(shí)也是傳統(tǒng)國(guó)際大廠的優(yōu)勢(shì)所在,他們往往擁有較為完備的產(chǎn)品生態(tài),且能夠在各項(xiàng)應(yīng)用之間相互賦能。

2025 年,電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域無(wú)疑充滿機(jī)遇。隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè) 4.0 的推進(jìn),智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等市場(chǎng)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的需求持續(xù)增長(zhǎng),為新品的推廣和應(yīng)用提供了廣闊空間。然而,挑戰(zhàn)也不容小覷。一方面,技術(shù)更新?lián)Q代快,如何保持技術(shù)領(lǐng)先,滿足不斷升級(jí)的市場(chǎng)需求,對(duì)廠商是個(gè)考驗(yàn);另一方面,市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,英飛凌、ST、PI 等巨頭的新品已在市場(chǎng)上掀起波瀾,其他企業(yè)需要在產(chǎn)品差異化和性價(jià)比上發(fā)力。

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