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国产BLDC需求稳步提升,持续突破

时间:2024-07-01 阅读量:46

BLDC电机正在逐步替代传统电机,市场容量在稳步提升。根据市场调研机构Grand View Research的统计数据,2022年全球BLDC电机市场的规模为188.254亿美元,预计到2030年将会达到308.6亿美元,其间年复合增长率约为6.5%。
当前,BLDC由于其高能效、低功耗、高扭矩、低噪音、长寿命、响应快等优势,在各行业的应用已经非常广泛,包括风机、家电、电动工具、两轮电动车、泵类、压缩机、农机具、汽车、工业自动化、机器人等。

 

BLDC控制是MCU厂商的重要方向

在BLDC电机应用中,驱动是非常关键的,因而BLDC需求的稳步增长也带动了驱动芯片的增长。统计数据显示,2022年中国电机驱动芯片产量为3.26亿颗,仍然存在巨大的需求缺口,其中无刷电机驱动芯片为46.95%。
这里的驱动主要定义为驱动IC,如果是整个驱动系统,需要由三部分组成,分别是电源、弱电部分和强电部分。其中,弱电部分主要包括MCU和外围电路。因而,BLDC控制是MCU厂商的重要方向。目前,BLDC主流的驱动方式有三种:其一是MCU +门驱+MOS/IGBT,其二是SOC+MOS/IGBT,其三是MCU+IPM。三种方案基本是各有侧重,但是能够看出MCU在BLDC驱动方面的需求是巨大的。当然,有些应用也会采用DSP或者FPGA作为控制IC,但随着MCU厂商入局者越来越多,加上MCU方案集成度和性价比越来越高,这两种方式逐渐被替代。
在驱动系统中,MCU作为控制IC主要负责控制BLDC电机的转速、方向和扭矩,支持模拟或数字信号输入,同时通过监测电机的运行状态,如位置、速度、电流和温度等。有些时候,MCU还监控温度、电流和电压等关键参数,以优化电机性能并防止潜在的故障。在实际运转过程中,MCU接收到输入信号之后,将决定PWM脉冲的占空比如何变化,以获得所需的速度和扭矩。
当前,电机驱动系统的发展主要受到能效升级的影响。高效节能电机的能效比传统电机高,在同样输入能量的情况下,能够获得更多的输出能量,这是BLDC/PMSM电机的主要优势。据估算,如果将现行低效电机全部更换成高效电机,相当于每年可节约用电2,700亿度,减排二氧化碳2.7亿吨,约等于2.7个三峡年发电量。高效电机让BLDC有了更大的发展机会,也给作为驱动控制IC的MCU提出了更高的要求。

 

国产BLDC控制IC持续突破

目前,国产MCU厂商在BLDC电机驱动方面已经具备很强的竞争力,且基本有自己的特色产品,打破了传统国际MCU厂商Microchip、TI、ST、英飞凌、NXP等,以及国际驱动IC厂商TI、罗姆、ALLEGRO、东芝、英飞凌、ST等对这一领域的垄断。当然,就像我们列举的厂商重叠度很高一样,目前在BLDC驱动系统中,控制IC和驱动IC融合已经成为大趋势,国内厂商在这方面也取得了一些成果。另外,国产BLDC驱动IC也在致力于将一些其他的关键板载资源融入IC中,以提升工程师的开发效率。
在国内,目前兆易创新、中颖电子、中微半导、国民技术、东软载波、芯海科技、士兰微、灵动微电子、小华半导体、芯旺微、旋智、沁恒微、爱普特、华芯微特、澎湃微、雅特力、领芯微、航顺、泰芯、琪埔维、极海科技等国产MCU厂商都有产品用于BLDC控制和驱动,另外也有像峰岹科技这样专注电机驱动IC的企业。目前,国产BLDC控制芯片的融合创新做得也很好。
以峰岹科技三相ASIC系列为例,其中FT8132S等产品型号是集成预驱动的,这些IC支持3P3N Pre-driver输出,死区时间可选择,支持有感FOC(Hall-IC/Hall-Sensor)和有感 SVPWM(Hall-IC/Hall-Sensor)。另外,这些IC提供模拟电压、PWM、I2C、CLOCK调速,并集成过流、欠压、过压、堵转、缺相、Hall异常等多种保护模式,让工程师感受到高集成度、电机噪声低、转矩脉动小等优势。
第二个例子是灵动微的MM32SPIN023C,这也是一款高集成度的电机驱动MCU,采用Cortex-M0内核,集成了电机控制所需的专用模拟外设,包括12位高精度ADC、2路模拟比较器COMP、2路运算放大器OPAMP、功率MOSFETs三相驱动电路,另配备有MC-TIM、硬件除法器HW-Div、DMA控制器等专用资源,以及32KB Flash、4KB SRAM、14个GPIO、LDO等基础资源,通过这样高度集成的产品设计,让工程师能够快速构建起自己的电机应用。
第三个例子是领芯微的电机专用MCU,LCP037A*31系列是领芯微32位内核的面向电机控制等应用领域的高性能处理器,同时集成了三个独立PMOS、三个独立NMOS栅极驱动输出和输出为5.0V,30mA LDO集成芯片;LCP039BC32GU8是领芯微32位内核的面向电机控制等应用领域的高性能处理器,同时集成了6个独立的N型MOSFET栅极驱动模块。在领芯微的电机专用MCU里,主要提供NN和NP两大预驱动模块,为工程师的方案设计赋能。
还有一个具有代表性的例子是元能芯,该公司其中有一个系列是“All-in-One”,也就是将MCU、Gate Driver、MOSFET与LDO通过先进封装技术集成在一个芯片上,完美解决体积、贴片、散热等痛点。目前,在“All-in-One”系列下,元能芯提供MYi0002V0405、MYi0002V0403和MYi0002V0402三个型号,主打智能功率系统,解决智能电机系统在升级过程中可能遇到的问题。
因此,我们能够看到,在BLDC等电机驱动领域,国产控制IC在逐渐丰富产品阵容的同时,也在逐步提升产品的集成度,不仅是集成必要的接口,也在根据应用方向和需求来集成电源、保护功能和驱动,走向更高质量的发展阶段。

 

结语

随着BLDC电机市场的增长,对BLDC电机控制器的需求也将大幅增加。由于终端逐渐向着高集成度、智能化和高能效发展,在控制芯片里加入驱动、电源和保护,成为打造高性价比方案的主流做法,国产电机控制IC厂商在这方面也逐渐有所收获。

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