电机的应用趋势及控制解决方案

顾伟俊  （罗姆半导体（上海）有限公司 技术中心 现场应用工程师）

摘  要：介绍了电机的应用趋势，以及MCU、功率器件的产品动向。 

关键词：电机；BLDC；MCU；SiC；IPM

1  电机的应用趋势 

随着智能家居、工业自动化、物流自动化等概念的普及深化，在与每个人息息相关的家电领域、车载领域以及工业领域，各类电机在技术方面都出现了新的需求。 

在家电领域，电器的智能化需要电器对人机交流产生相应的反馈。例如扫地机器人需要扫描计算空间，规划路线，然后执 行移动以及相应的清洁工作。这里除了各类传感器和复杂的计算，其执行单元都离不开电机的应用。 再譬如，智能家居概念下，在接收到控制命令后，冰箱的开门、打开抽屉可自动完成，这个概念也需要增加多组电机。 

汽车智能化对电机的需求更加明显，例如新开发的乘用汽车，普遍将电动车门、电动车窗、电动后视镜、电动座椅、多风口可控自动变频空调等概念普及，这些新增的功能使电机的数量急剧增加。考虑到这些电机的应用场合以及设计使用寿命，48 V以下的BLDC、步进电机等会出现较快的增长。同时新的需求以及成本的压 力，对电机控制器提出更复杂的要求，例如从原有的并行通讯，改为串行或者总线通讯，以减少整体布线并提高兼容性。例如增加各类电压、电流、温度的实时监测并反馈，以便电器安全自诊断与保护。例如对电机控制的待机功耗提出苛刻的要求，以满足各类电器的能耗要求等。并且对电机本身的功率密度也会有强烈的要求，以满足工作条件下更低功耗、更低的散热、更紧凑的结构。这些都是电机技术发展的课题。

2  相应的元器件趋势 

对于电机控制元器件的发展，主要有以下几个要求。 

1）MCU的处理速度需要提高。随着电机性能的提高，相应的控制算法越来越复杂，对MCU的要求会越来越高。 

2）功率器件性能提高。在电机损耗中，除了电机结构本身的铁损和铜损之外，主要的功率损耗就是IPM等功率器件的损耗。电机的功率密度提升与功率器件的效率有着直接的关系。ROHM（罗姆半导体）非常注重功率器件的发展。例如在空调领域，ROHM在空调风机以及压缩机领域，提出了用高压PrestoMOS替代功率 IGBT，用来控制BLDC。与传统空调相比，可使空调电机工作功耗减少30%以上。当前更是采用了新材料SiC MOSFET，可使空调工作功耗进一步减低至50%左右。 

3）随着电机的功率密度提高，需要对元器件的耐高温参数进一步要求。在工业的伺服电机、车载驱动电机的应用中，控制器和电机是分开的2个壳体。因为电机工作中的高温是半导体不能承受的。但随着SiC(碳化硅)技术的发展，在不久的将来，有望将电路的工作温度大大提高，从而将控制电路集成到电机内部，这对电机功率密度是有很大的帮助的。

3  ROHM的解决方案 

ROHM 正在积极开发适合市场需求的电机驱动。 在低压电机领域，正在开发可直接输入48 V DC的BLDC，步进电机的控制器，以满足未来市场的需要。 

在功率电机方面，ROHM开发出新一代的 IGBT、SiC MOSFET、以及不断开发更高新能的SiC MOSFET，并开发相应的驱动芯片完善控制，正用于客 户新型电机的开发和生产中。

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第03期第13页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。