摘要：本文介绍了电机驱动的最新技术动向，及部分厂商的解决方案。
电机控制市场：集成化，多轴化和节能
IHS高级分析师周万木指出，集成的电机控制方案越来越多，比如电机和驱动集成，电机控制器和PLC集成，电机控制器和驱动集成。集成的概念不仅仅停留在电机、电机驱动和电机控制器，还包括整个电机系统的集成。例如，目前西门子公司正在推广IDS(Integrated Drive System，集成驱动系统)，包括两个层面，第一个层面是横向集成，包括电机控制器、电机驱动、电机和减速机的集成;第二个层面是纵向集成，是将电机系统纳入到整个工业控制系统，也叫TIA(Totally Integrated Automation Portal)。电机控制的集成化趋势要求半导体芯片厂商也能提供集成的MCU、FPGA解决方案，在单颗芯片中集成更多的功能，算法以及工业以太网。
机械设备中电机的轴数更多，使用更灵活正成为另外一个趋势。多轴控制越来越多地应用在包装机械、电子组装机械、食品饮料机械和印刷机械中。为了满足小批量、定制化和柔性化的加工需求，客户需要灵活地调整电机控制的轴数，要求电机控制系统更加开放，可以重复编程。这些需求使客户对电机控制MCU、FPGA和DSP性能的要求越来越高。8位MCU因为价格便宜、性能稳定，应用范围极为广范，比如信号检测、LED照明控制、电源转换控制和BLDC电机控制，这些应用中8位MCU就已经足够。但32位MCU正在蚕食8位MCU市场，主要是因为8位MCU在越来越多的环境下已经遇到瓶颈，比如变频器控制、伺服电机控制、电力与能源监控等等，另外32位MCU价格在进一步走低，8位MCU和32位MCU的价格差异在缩小。
电机系统节能也是大势所趋。为提升能效等级，工信部今年6月份公布了电机能效提升计划(2013~2015年)，到2015年，实现电机产品升级换代，50%的低压三相笼型异步电动机产品、40%的高压电动机产品达到高效电机能效标准规范;累计推广高效电机1.7亿千瓦，淘汰在用低效电机1.6亿千瓦，实施电机系统节能技改1亿千瓦，实施淘汰电机高效再制造2000万千瓦。
但是仅仅用高效电机替换普通电机对整个电机系统的节能效果提升并不明显，整个电机系统的节能才是真正的节能。因此，变频器、伺服、逆变器和专用电机驱动大量用在升降机、电焊机、风机、泵、压缩机、电动车电机、空调压缩机、洗衣机电机和冰箱压缩机中。而变频器、伺服驱动、逆变器和专用控制器中的IPM模块、IGBT和MOSFET对节能降耗起到关键性作用。客户对这些功率器件要求也越来越多，比如要求更低的产品成本、更紧凑的封装尺寸、更好的散热性能，对功率器件的多样化也提出要求，比如低功耗器件、紧凑设计的大功率器件、低压大功率器件、大电流高电压器件等等。
众厂商谈电机技术趋势
FOC等数字控制盛行
具体到单片机(MCU)，Microchip公司16位单片机产品部产品营销经理Erlendur Kristjansson称，随着政府和消费者对能效要求的提升，磁场定向控制(FOC)等先进数字控制方法在电机控制应用中的采用也越来越多。由于家电、汽车、HVAC、工业自动化以及IT领域中对效率和性能的要求逐年提升，Microchip将继续致力于支持上述领域的高级电机控制设计。
电机控制市场在不断寻求能效更高的解决方案。在不久的将来，更多系统将转为采用磁场定向控制(FOC)方法，实现更高的能效。追求更高效率的趋势也将不断增加更高效电机类型(如交流感应电机(ACIM)、无刷直流电机(BLDC)及永磁同步电机(PMSM))的市场份额。
BLDC和PMSM正酷
意法半导体(ST)中国区微控制器部专家工程师蒋建国也认为，在全球降低能耗的背景下，高效节能电机成为全球电机产业发展的共识。低效交流感应马达逐渐被淘汰，人们转向采用高效的替代方案，如无刷直流(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)。永磁同步电机以体积小、扭矩大、效率高、噪声小的特点，在工业控制、家电应用、电动车辆等领域越来越多地被广泛应用。为了实现在瞬变环境下保证最佳的电机性能(转矩、能效)，并大幅度降低噪声水平，磁场定向矢量控制(FOC)是现今应用最广泛的技术。
作为高性能电机系统的灵魂，控制芯片和驱动技术将扮演越来越重要的作用。
正弦波无传感器直流变频控制技术是主流
瑞萨电子通用和SoC产品中心经理刘涛介绍道，电机应用的一个技术主流趋势是在正弦波无传感器直流变频控制技术上。如何通过先进的变频控制达到空调的多功能、高舒适性、低噪音低振动以及最关键的提高能效比，是目前市场上最为关心的问题。目前源于各大先进半导体公司及电机应用厂商的共同努力，正弦波无传感器直流变频控制技术已经得到了广泛的应用和普及，其优越性得到了市场的一致认可。接下来需要解决和改善的方向主要有：进一步完善控制算法，提高电机效率，降低振动及噪音，提升可靠性;直流电机本体的性能提升和降低成本;半导体厂商和电机厂商的配合，通过先进的产品推动直流变频时代的快速前进。
精确的位置控制及电流控制
在现代电机应用领域，工业伺服将扮演越来越重要的角色，对于电机控制的要求，已不仅仅停留在满足节能要求的通用变频器及速度控制，而越来越多的应用与领域需要精确的位置控制及电流控制;无论是工业生产线、工业自动化设备及机械设备，还是智能物流及机器人，都已将伺服控制作为重要的执行器件。相对于家用领域，更多地考虑成本及无传感器控制。而在汽车及交通领域，可靠性将是最重要的因素。
白电的电机三特征
“节能，静音，智能”，这将是未来几年白色家电产品的主要特性，Spansion公司的发言人(原富士通半导体微控制器)称，“技术创新，加快开发周期”是目前白色家电厂商产品开发的主要需求。对于家用电器耗能最大的电机，如空调、冰箱的压缩机，洗衣机的电机和风扇的电机，经历了从交流电机到直流无刷电机、永磁同步电机和直驱电机的演变。节能、提高能耗比是电机发展的主要因素;而减少电机的震动噪音，提供舒适、智能的控制等需求提升则推动电机控制器及控制技术的创新。
作为电机控制器的核心，芯片也经历着从专用芯片(ASIC)到8位、16位及32位通用微控制器(MCU)/数字信号处理器(DSP)的演变。电机控制算法的提升，不同种类电机的灵活控制，如正弦波矢量控制、闭环控制和无传感器控制、高转速电机控制等需要运算处理能力强、频率高、处理和采样速度快速的微控制器。
2013年中国白电市场，经过前几年的激励政策和产品推陈出新，变频家电已得到市场认可，变频产品市场份额逐年提升。
重视细节：处理性能与模拟功能
“虽然能效是电机控制选择MCU解决方案时需要考虑的一点，但更为重要的是处理性能与芯片上模拟功能的级别。”Silicon Labs公司8位MCU产品市场经理Abhijit Grewal解释道，例如，为了满足电机控制的性能要求，Silicon Labs围绕高速8051内核设计了F85x/6x系列MCU，该内核比同类竞争对手产品速度要高50%。这种高性能支持更加精确的脉宽调制(PWM)、提升电机控制效率、以及能够针对各种电机速度而执行更复杂算法的能力。F85x/6x系列MCU也支持3个独立的高精确度PWM通道，它们具有内置的过电流保护/故障检测能力，特别适用于电机控制和电源等应用。此外，F85x/6x 系列MCU包括一个12位多通道模数转换器(ADC)、两路具有可编程滞后和响应时间的模拟比较器、高精度内部参考电压。该MCU也具有高精确度的24.5MHz低功耗振荡器和低频率80kHz振荡器，从而消除了通常所需的外部时钟或晶体。片上温度传感器简化了系统校准过程，不需要添加额外的片外传感器。多种通信外设(I2C、SPI和UART)也为开发人员带来基于应用需求而选择外设的灵活性。这些片上特性的整合使得开发人员在设计中仅需要极少的外部器件，与竞争对手MCU相比带来更低的系统成本。
IC乐购（www.iclego.com）是一家一站式元器件在线采购网, 提供Digikey、Mouser（贸泽）、Element14（e络盟）、Wpi（大联大）、Future（富昌）、Avnet（安富利）、Arrow（艾睿）、Chip1stop、Onlinecomponents、Master等主流供货商的芯片采购服务,在IC采购, 元器件交易和IC交易业务领域中排名第一的在线采购平台。
