電機的應用趨勢及控制解決方案

顧偉俊? （羅姆半導體（上海）有限公司?技術中心?現場應用工程師）

摘? 要：介紹了電機的應用趨勢，以及MCU、功率器件的產品動向。 

關鍵詞：電機；BLDC；MCU；SiC；IPM

1  電機的應用趨勢 

隨著智能家居、工業自動化、物流自動化等概念的普及深化，在與每個人息息相關的家電領域、車載領域以及工業領域，各類電機在技術方面都出現了新的需求。 

在家電領域，電器的智能化需要電器對人機交流產生相應的反饋。例如掃地機器人需要掃描計算空間，規劃路線，然后執 行移動以及相應的清潔工作。這里除了各類傳感器和復雜的計算，其執行單元都離不開電機的應用。 再譬如，智能家居概念下，在接收到控制命令后，冰箱的開門、打開抽屜可自動完成，這個概念也需要增加多組電機。 

汽車智能化對電機的需求更加明顯，例如新開發的乘用汽車，普遍將電動車門、電動車窗、電動后視鏡、電動座椅、多風口可控自動變頻空調等概念普及，這些新增的功能使電機的數量急劇增加。考慮到這些電機的應用場合以及設計使用壽命，48 V以下的BLDC、步進電機等會出現較快的增長。同時新的需求以及成本的壓 力，對電機控制器提出更復雜的要求，例如從原有的并行通訊，改為串行或者總線通訊，以減少整體布線并提高兼容性。例如增加各類電壓、電流、溫度的實時監測并反饋，以便電器安全自診斷與保護。例如對電機控制的待機功耗提出苛刻的要求，以滿足各類電器的能耗要求等。并且對電機本身的功率密度也會有強烈的要求，以滿足工作條件下更低功耗、更低的散熱、更緊湊的結構。這些都是電機技術發展的課題。

2  相應的元器件趨勢 

對于電機控制元器件的發展，主要有以下幾個要求。 

1）MCU的處理速度需要提高。隨著電機性能的提高，相應的控制算法越來越復雜，對MCU的要求會越來越高。 

2）功率器件性能提高。在電機損耗中，除了電機結構本身的鐵損和銅損之外，主要的功率損耗就是IPM等功率器件的損耗。電機的功率密度提升與功率器件的效率有著直接的關系。ROHM（羅姆半導體）非常注重功率器件的發展。例如在空調領域，ROHM在空調風機以及壓縮機領域，提出了用高壓PrestoMOS替代功率 IGBT，用來控制BLDC。與傳統空調相比，可使空調電機工作功耗減少30%以上。當前更是采用了新材料SiC MOSFET，可使空調工作功耗進一步減低至50%左右。 

3）隨著電機的功率密度提高，需要對元器件的耐高溫參數進一步要求。在工業的伺服電機、車載驅動電機的應用中，控制器和電機是分開的2個殼體。因為電機工作中的高溫是半導體不能承受的。但隨著SiC(碳化硅)技術的發展，在不久的將來，有望將電路的工作溫度大大提高，從而將控制電路集成到電機內部，這對電機功率密度是有很大的幫助的。

3  ROHM的解決方案 

ROHM 正在積極開發適合市場需求的電機驅動。 在低壓電機領域，正在開發可直接輸入48 V DC的BLDC，步進電機的控制器，以滿足未來市場的需要。 

在功率電機方面，ROHM開發出新一代的 IGBT、SiC MOSFET、以及不斷開發更高新能的SiC MOSFET，并開發相應的驅動芯片完善控制，正用于客 戶新型電機的開發和生產中。

本文來源于科技期刊《電子產品世界》2020年第03期第13頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。