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电机控制面临新的要求 提升自身实力是根本
(2024年12月21日更新)


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双碳对电机系统的要求更高

自双碳目标提出以来,围绕源网荷储一体化展开的能源互联网变革已经拉开帷幕。电机作为负荷侧的大型电能消耗者,消耗量占60%以上,必须提高其能效。2021 年6 月,国标GB18613-2020 强制实施,对电机能效的要求大大提高。凭借其高效的先天优势,直流变频电机必将成为双碳目标下负载侧变化的领导者。

由电机本体和控制系统组成的DC变频电机控制系统。对于电机本体设计,对高效、高密度(功率和扭矩)、高速、强可控性、强环境适应性、低噪声和低振动的要求越来越高;相应的控制系统要求MCU(微控制器)具有快速计算电机算法的能力,算法本身要求高鲁棒性和适应性EMC能力强,温度运行范围宽,高度集成,性价比高,功率设备损耗低。

直流无刷电机有助于提高效率

由于新能源汽车以电池能量为驱动源,各种电机都非常注重能耗。如Tesla 主驱动电机从异步电机转为直流无刷电机,主要是因为直流无刷电机在城市工况下的效率高于异步电机,可以提高电池寿命。除主驱电机外,HVAC空调压缩机电机(加热通风和空调)部分,驾驶部分EPS(电动动力转向系统)除了直流无刷外,电机用直流无刷,雨刮器、电子水泵、电子油泵等也逐渐无刷。

除了芯片模拟外,电机系统向协核处理发展电机的高效控制IP 的AD(模拟数字),OP除了对数字控制核心处理系统的放大器)的需求外,对数字控制系统的要求是操作能力和数字部分PWM 的产生和AD 配合机制。随着电机转速的增加、控制算法的复杂性、控制环路的增加、控制对象的数量的增加,计算能力要求也会相应增加。三角函数解算、开根、滤波器(如二阶)将出现在数字控制算法部分IIR,数字环路补偿器、乘除法器等。

对这些数字控制的需求,MCU 需要提高计算能力,但这种提升受芯片工艺、芯片加热功耗、供电电压等因素的限制。现在越来越多的制造商开始尝试MCU 协处理器解决计算能力问题。协核处理标准化算法模块,减少MCU 的负担。例如,在工业伺服控制中使用MCU FPGA 双核处理,MCU 负责算法 外部人机接口,FPGA 处理电机位置解码算法 HRPWM。

国内电机制造商逐渐渗透市场

与国际竞争对手相比,虽然国内电机控制系统和部件制造商起步较晚,但对电机领域细分市场需求的调查更深入,更了解市场趋势和用户痛点。由于国内电机控制系统和部件制造商对产品定位准确,可以生产性价比高、集成度高的产品,迭代速度比国际竞争对手快,国内半导体具有更强的服务能力和服务意愿。因此,微电机、风等原本被国外半导体占据的市场领域Micron代理机水泵、户外自行车、电动工具、运动器材等市场的电机芯片基本产化在1-2 年内结束。

(本文来源《IC2022年3月,代理杂志

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