電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）?電機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中具有核心作用，是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的關(guān)鍵設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備、家用電器、交通工具和工業(yè)自動(dòng)化中?？梢哉f(shuō)，電機(jī)的精度和靈活性直接影響到設(shè)備的智能化程度和性能，同時(shí)高效電機(jī)也是低碳社會(huì)重要的一環(huán)。多個(gè)信息來(lái)源表明，全球大約一半的電力被電機(jī)驅(qū)動(dòng)器消耗，其中工業(yè)應(yīng)用占到世界發(fā)電的三分之一。

在電機(jī)方案里，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)為電機(jī)提供電源、控制信號(hào)等必要信號(hào)，將電源提供的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，一般來(lái)說(shuō)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括PMIC、控制器、功率器件、柵極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路等部分。為了推動(dòng)電機(jī)技術(shù)更好地發(fā)展，2025年電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC會(huì)有哪些發(fā)展趨勢(shì)呢？

電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的高效率趨勢(shì)

在低碳需求下，高效率是電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的核心發(fā)展目標(biāo)之一，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)系統(tǒng)的高性能和低功耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的高功率密度。不過(guò)，效率提升其實(shí)并不容易，從廠商的產(chǎn)品性能來(lái)看，兩三年前，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的效率指標(biāo)就已經(jīng)超過(guò)了99%，比如Power Integrations公司的BridgeSwitch系列，產(chǎn)品效率早就已經(jīng)達(dá)到了99.2%，所以在去年BridgeSwitch-2系列發(fā)布時(shí)，效率被標(biāo)注為高于99%。

BridgeSwitch-2系列通過(guò)集成半橋（IHB）在功率方面實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步提升，將可用輸出擴(kuò)展到了1馬力（746W），使逆變器效率提高至99%，并將睡眠模式下的功耗降低到了10mW以下。

那么，既然效率已經(jīng)如此高了，后續(xù)廠商還有哪些路徑來(lái)提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)效率呢？手段實(shí)際上還有很多，比如可以升級(jí)產(chǎn)品控制器部分的內(nèi)核，從通用MCU內(nèi)核更換為高實(shí)時(shí)性內(nèi)核，在這方面Cortex-M4、Cortex-M7、Cortex-M52等內(nèi)核通過(guò)優(yōu)化矢量計(jì)算性能，實(shí)時(shí)性更高，能夠幫助提升效率；也可以在驅(qū)動(dòng)電路上做文章，采用更高實(shí)時(shí)性的檢測(cè)電路，或者將一些軟件實(shí)現(xiàn)的功能固化到芯片上，以此來(lái)提升控制環(huán)路的效率；集成化依然還是一個(gè)很有效的方式，通過(guò)將控制器、預(yù)驅(qū)動(dòng)器和功率器件集成在一起，一體化方案相較于離散的方案，必然會(huì)具有更高的效率；占空比和電源的效率密切相關(guān)，也能夠影響電機(jī)的效率，高占空比有助于保持輸出電壓和電流的穩(wěn)定，減少調(diào)整次數(shù)和能量損失，通過(guò)集成電荷泵電源，可以實(shí)現(xiàn)最高100%的占空比；另外，將功率器件從傳統(tǒng)Si器件換成第三代半導(dǎo)體器件，也能夠幫助提升效率。

在占空比方面，MPS公司預(yù)發(fā)布的MPQ6547-AEC1三相無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器便是通過(guò)內(nèi)部電荷泵支持100%占空比運(yùn)行。在功率器件選擇上，德州儀器的GaN IPM是電機(jī)驅(qū)動(dòng)方面很具代表性的技術(shù)，這些功率級(jí)模塊具有>99%的效率，無(wú)需散熱器等冷卻元件，可以幫助提升電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的效率和功率密度。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的高集成發(fā)展趨勢(shì)

剛剛在高效率實(shí)現(xiàn)上，以及提到了高集成，在2025年高集成依然會(huì)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC不變的發(fā)展趨勢(shì)。此前，意法半導(dǎo)體公司推出了STSPIN32G0新列電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，便是高集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的代表。

意法半導(dǎo)體STSPIN32電機(jī)驅(qū)動(dòng)器集成STM32通用微控制器 (MCU) 和功能豐富的三相柵極驅(qū)動(dòng)器，包括45V、250V 和 600V額定電壓的柵極驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)不同功率等級(jí)的電機(jī)應(yīng)用。新產(chǎn)品還集成了其他功能，包括 12 位 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部參考電壓、高級(jí)電機(jī)控制定時(shí)器，以及 I2C、USART、SPI等數(shù)字接口。多達(dá) 32 個(gè)通用 I/O引腳 (GPIO)、64KB 閃存和 8KB SRAM 讓開發(fā)人員能夠靈活地運(yùn)行復(fù)雜的應(yīng)用程序和創(chuàng)新的增值功能。

高集成的產(chǎn)品，配合豐富的配套資源，使得工程師可以快速基于這些器件構(gòu)建起自己的電解方案，且擁有更小的PCB面積，更簡(jiǎn)單的外圍器件搭配，具有更高的功率密度。除了將控制器、預(yù)驅(qū)動(dòng)器、功率器件、保護(hù)電路和接口資源集成在一起外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的高集成度發(fā)展還有一些明顯的趨勢(shì)，比如根據(jù)需求集成總線模塊、集成傳感器和集成無(wú)感控制算法等。

在根據(jù)需求集成總線模塊方面，納芯微公司NSUC1602和NSUC1610系列是非常具有代表性的，這些IC都集成了LIN PHY，其中NSUC1610支持4線制的LIN總線，LIN接口滿足±40V過(guò)反壓耐壓要求。另外，NSUC1610有可以支持高壓（12V）的GPIO，便于客戶使用高壓PWMIO直接來(lái)做電機(jī)控制。

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)里，會(huì)應(yīng)用到各種傳感器，包括位置傳感器、力矩傳感器、電流傳感器等，這些傳感器也是被集成的對(duì)象，尤其在高端電機(jī)需求越來(lái)越廣泛的當(dāng)下，比如位置傳感器可以幫助用于高速靈活地電機(jī)換向。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的智能化發(fā)展趨勢(shì)

除了高效率和高集成，智能化在2025年的電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC新品里會(huì)更加凸顯。此前，我們?cè)谖恼轮杏刑岬?，智能化升?jí)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一是電機(jī)控制算法越來(lái)越智能，讓電機(jī)系統(tǒng)變得更加聰明、高效；其二是電機(jī)系統(tǒng)融合的元素越來(lái)越多，尤其是電機(jī)與傳感器、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的結(jié)合，使得電機(jī)控制和反饋形成了閉環(huán)，控制過(guò)程也更加靈活。

在電機(jī)控制算法中，有一類算法被稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)控制算法。它通過(guò)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)預(yù)測(cè)電機(jī)的輸出，然后通過(guò)調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。

那么該如何更好地承載這些智能算法呢，需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC做到更高性能，且有專門的AI算法運(yùn)算單元。我們?cè)啻谓榻B瑞薩電子RA8T1，這款MCU基于高性能Arm Cortex-M85內(nèi)核，搭載Helium和TrustZone，其中Helium矢量處理技術(shù)為計(jì)劃引入智能化、計(jì)算處理能力的終端應(yīng)用，提供更高效的計(jì)算能力。

當(dāng)然，也會(huì)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制IC選擇NPU，比如德州儀器的C2000系列就已經(jīng)集成了NPU。此前，德州儀器中國(guó)區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)師英表示，NPU可應(yīng)用在太陽(yáng)能及供電系統(tǒng)中的電弧檢測(cè)以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)上，目前這兩大應(yīng)用都是C2000的主要戰(zhàn)場(chǎng)。

2025年，會(huì)有更多的電機(jī)應(yīng)用希望加入諸如預(yù)測(cè)性維護(hù)和智能化控制等功能，這些智能算法會(huì)帶來(lái)廣泛的智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC需求，廠商如何抉擇自己的智能化路線，會(huì)是2025年的一大看點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

據(jù)Research And Markets統(tǒng)計(jì)，2021年全球電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)規(guī)模為38.8億美元，預(yù)計(jì)2028年可增長(zhǎng)至55.9億美元，其間的年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為5.3%。在穩(wěn)定增長(zhǎng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)里，高效率和高集成會(huì)是持續(xù)不變的發(fā)展趨勢(shì)，其中也包含一些其他發(fā)展趨勢(shì)，比如小型化、高性價(jià)比、高功率密度和易于使用等。此外，智能化會(huì)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)重要的升級(jí)方向，如何實(shí)現(xiàn)智能化會(huì)是2025年一大看點(diǎn)。