2015：工業(yè)與汽車(chē)電子展望

　　摘要：通過(guò)走訪部分電機(jī)驅(qū)動(dòng)、汽車(chē)電子、測(cè)試測(cè)量的領(lǐng)先廠商，展望了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵詞：高效、一對(duì)多和遠(yuǎn)程控制

　　縱觀2014年，電機(jī)控制的發(fā)展速度雖然不像消費(fèi)品那樣迅猛，但是一直在不斷進(jìn)步，比如近兩年大熱的FOC控制和家電變頻化，以及因傳感器的一些弊端引發(fā)的無(wú)傳感器控制需求，業(yè)界都有很強(qiáng)烈的興趣。

　　Microchips公司16位單片機(jī)產(chǎn)品部產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Erlendur Kristjansson指出，在接下來(lái)幾年，采用梯形波或6步逆變器控制的BLDC電機(jī)正轉(zhuǎn)向依靠無(wú)傳感器磁場(chǎng)定向控制(FOC)的永磁同步電機(jī)(PMSM)。隨著對(duì)能源效率關(guān)注度的增加，電機(jī)首當(dāng)其沖成為了改進(jìn)的目標(biāo)，因?yàn)樗鼈兊暮碾娏繋缀踹_(dá)到了全球的一半。全球數(shù)百萬(wàn)家庭中，電冰箱、空調(diào)和循環(huán)泵等應(yīng)用都有電機(jī);而這些電機(jī)幾乎一刻不停地運(yùn)轉(zhuǎn)著。改進(jìn)這些電機(jī)的效率，延長(zhǎng)其使用壽命可降低污染、節(jié)省金錢(qián)。使用無(wú)傳感器FOC來(lái)控制電機(jī)需要更加復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，進(jìn)而提高了對(duì)性能的要求。它還要求更多模擬功能，如運(yùn)放、PGA或是ADC的多路同時(shí)采樣，以測(cè)量相電流。

　　飛思卡爾半導(dǎo)體公司的業(yè)務(wù)擴(kuò)展經(jīng)理李唐山:電機(jī)驅(qū)動(dòng)面臨的技術(shù)上挑戰(zhàn)比較多，比如在無(wú)傳感器的情況下使用FOC，尤其是啟動(dòng)前沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)的存在，控制系統(tǒng)無(wú)法知道目前轉(zhuǎn)子的位置，所以啟動(dòng)過(guò)程一般是直接開(kāi)環(huán)拉起再逐步測(cè)量切入閉環(huán)，這種方式的失敗率偏高，在工業(yè)領(lǐng)域一般難以接受。也可以用高頻注入法等方式來(lái)獲取大概的轉(zhuǎn)子位置，再進(jìn)行細(xì)分調(diào)節(jié)，這又需要更高的MCU性能。

　　還有低速的問(wèn)題，變頻家電要求夜晚超低速，轉(zhuǎn)速越低反電動(dòng)勢(shì)越低，反饋信號(hào)的波動(dòng)也越大，如何在低速情況下保持對(duì)電機(jī)的快速準(zhǔn)確控制一直是個(gè)很具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難題。

　　隨著系統(tǒng)的復(fù)雜程度增加，需要用單個(gè)芯片控制多個(gè)電機(jī)，比如三合一的變頻空調(diào)，壓縮機(jī)風(fēng)機(jī)和交錯(cuò)式PFC的控制都由一塊MCU完成，這就需要MCU性能強(qiáng)大并且配有相對(duì)完整的參考代碼，因?yàn)榻诲e(cuò)式PFC雖然節(jié)約空間但是控制要更加復(fù)雜，PFC的控制又必須不能打擾兩個(gè)電機(jī)的控制，只能見(jiàn)縫插針來(lái)進(jìn)行。

　　另外，因?yàn)镮oT的發(fā)展，遠(yuǎn)程調(diào)試的需求也逐漸出現(xiàn)，強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力的MCU和靈活多變的針對(duì)不同類(lèi)型馬達(dá)的自學(xué)習(xí)算法越來(lái)越重要。

　　在新產(chǎn)品方面，過(guò)去幾年間，Microchip一直提供自帶運(yùn)放的dsPIC數(shù)字信號(hào)控制器，以提供更好的系統(tǒng)集成和成本。這些運(yùn)放具有10 MHz 的增益帶寬(GBW)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榉至麟娮栊枰M可能小才能使系統(tǒng)功耗和對(duì)電機(jī)電壓的影響均最小。這樣，分流電阻兩端電壓將比控制器中ADC的工作電壓范圍小很多。因此需要一個(gè)增益放大器來(lái)放大信號(hào)。然而，這會(huì)帶來(lái)這樣的問(wèn)題，DSC中集成的運(yùn)放的GBW會(huì)被縮小與增益相同的倍率。例如，若運(yùn)放的GBW為5 MHz，需要增益為10，那么最終增益放大器的GBW將為約500 kHz。dsPIC DSC允許客戶(hù)實(shí)現(xiàn)高增益的增益放大器來(lái)測(cè)量分流電流，并保持較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

　　飛思卡爾針對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)特性，特別推出了既有DSP核的Freescale DSC，也有ARM核的電機(jī)專(zhuān)用KV系列，還有5V的KE系列，都適合電機(jī)控制的應(yīng)用。

　　此外，飛思卡爾的DSC系列性?xún)r(jià)比高，內(nèi)含很多靈活易用的外設(shè)模塊，適用于要求較高的電機(jī)控制應(yīng)用。KV系列分為M0+和M4兩個(gè)子系列，后續(xù)還將有M7核的系列加入KV系列。外設(shè)借鑒了DSC的部分設(shè)計(jì)，比如兩路硬件ADC的速度可以達(dá)到4.1Msps，在高速時(shí)仍然保證精度。KE系列特點(diǎn)是純5V和高魯棒性，比常見(jiàn)的3.3V系統(tǒng)更適合復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中。

　　環(huán)保、安全、智能是汽車(chē)電子的時(shí)尚旋律

　　根據(jù)咨詢(xún)公司Strategy Analytic近期的報(bào)告，2014年全球汽車(chē)產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)到8700萬(wàn)輛，未來(lái)五年仍將保持穩(wěn)定的增速，龐大的產(chǎn)量表明人們的出行已越來(lái)越離不開(kāi)汽車(chē)。如何使汽車(chē)更環(huán)保、更安全、更智能，是汽車(chē)行業(yè)共同努力的方向。對(duì)于普通的民眾而言，一輛智能、環(huán)保、娛樂(lè)功能豐富的汽車(chē)似乎越來(lái)越接近，特別是車(chē)聯(lián)網(wǎng)的概念出現(xiàn)，讓汽車(chē)變成了不僅僅局限于一個(gè)家庭的交通工具，更像是一個(gè)可以行駛的“家”。這些變化的出現(xiàn)都?xì)w功于半導(dǎo)體技術(shù)的創(chuàng)新。

　　在2015年，汽車(chē)電子廠商關(guān)注主要點(diǎn)是在智能、環(huán)保和安全。如何實(shí)現(xiàn)駕乘人員的便利性、保障車(chē)內(nèi)數(shù)據(jù)以及聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的安全性和完整性，并最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的最高境界;如何降低二氧化碳排放，需要清潔的內(nèi)燃機(jī)、高效的能源管理和電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);如何被動(dòng)安全向主動(dòng)安全、可預(yù)防安全的方向發(fā)展。