“選擇有時(shí)比努力更重要?！边@句話也同樣適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)行業(yè)，選擇合適的器件、方案、合作伙伴，再加上專業(yè)的努力，畢竟我們不但要應(yīng)對(duì)技術(shù)與需求的難題，還要從容面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的新形勢(shì)。無論是作為技術(shù)專家還是供應(yīng)鏈專家，早些年可以不懂時(shí)政、不管市場(chǎng)，一頭扎身技術(shù)，依然設(shè)計(jì)出好的產(chǎn)品。但現(xiàn)在，新形勢(shì)下帶來了更迫切的新挑戰(zhàn)。當(dāng)然，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行業(yè)來說，新的挑戰(zhàn)絕不只是貿(mào)易戰(zhàn)，還有價(jià)格戰(zhàn)、市場(chǎng)戰(zhàn)、以及工業(yè)4.0等新應(yīng)用帶來的產(chǎn)品升級(jí)的技術(shù)挑戰(zhàn)等等。

小身材驅(qū)動(dòng)大工業(yè)

工業(yè)范疇很大，尤其是隨著工業(yè)4.0概念的提出，不止是數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析、企業(yè)上云，還需要將分析處理完的數(shù)據(jù)返回到現(xiàn)場(chǎng)，參與到具體的控制中，從而形成真正的閉環(huán)。而電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為整個(gè)閉環(huán)中的執(zhí)行器環(huán)節(jié)，其性能好壞直接影響到整個(gè)閉環(huán)的性能。

因此，工業(yè)4.0對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)提出了更高的性能和功能要求，例如更快的響應(yīng)速度、更高的帶寬、更高精度的位置和速度控制、以及更豐富的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能等。同時(shí)，還迫切要求電機(jī)尺寸越來越小、功率密度越大越好，就像當(dāng)前應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的書本型伺服驅(qū)動(dòng)器，通常還沒有一本《新華字典》大。

在富昌電子(FutureElectronics)中國區(qū)工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)商務(wù)拓展經(jīng)理余國民看來，當(dāng)面對(duì)這些林林總總的挑戰(zhàn)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇一顆合適的微控制器(MCU)會(huì)是業(yè)內(nèi)人士率先做出的選擇，這也是整個(gè)產(chǎn)品最核心的部分，畢竟MCU的CPU頻率、ADC采樣速度、PWM性能從硬件上決定著電機(jī)控制環(huán)路中電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的響應(yīng)速度，MCU的集成度也決定了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本控制。

“MCU是核心、是大腦，而模擬和功率器件是軀干、是手腳，只有頭腦聰明、手腳靈敏才能滿足工業(yè)4.0的要求?！庇鄧裾f，在富昌電子所參與的具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，適合中端市場(chǎng)的STM新貴-STM32G4系列、適合雙軸伺服的NXP“跨界之王”-RT1020系列、適合高端伺服的瑞薩電子(Renesas)-RT/T1系列和電驅(qū)老牌玩家Microchip的dsPIC33系列都是各有特點(diǎn)的MCU產(chǎn)品。而安森美(OnSemi)的IPM、美信的隔離器件、LittelFuse的保護(hù)器件、英飛凌的驅(qū)動(dòng)和MOSFET等產(chǎn)品都是非常不錯(cuò)的選擇。

圣邦微電子(北京)股份有限公司產(chǎn)品線經(jīng)理李志林則進(jìn)一步指出，其實(shí)不止在工業(yè)4.0領(lǐng)域，隨著無人機(jī)、智慧家居、新能源汽車和機(jī)器人等領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，電機(jī)行業(yè)全面走向高端化、智能化已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展共識(shí)，以直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、直流無刷電機(jī)(BLDC)和永磁同步電機(jī)(PMSM)為代表的市場(chǎng)寵兒們正迎來前所未有的市場(chǎng)機(jī)遇。

例如直流有刷電機(jī)由于驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，被大批量使用在日常消費(fèi)品中；步進(jìn)電機(jī)，特別是閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)，非常適合應(yīng)用于對(duì)精度有一定要求的低成本市場(chǎng)，如紡織機(jī)具、ATM機(jī)、驗(yàn)鈔機(jī)等低成本的工業(yè)控制；無人機(jī)、花園工具等需要小體積但大轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用尤其青睞直流無刷電機(jī)；而永磁同步電機(jī)主要應(yīng)用于需要對(duì)位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩進(jìn)行高精度控制的產(chǎn)品中。

這其中又以控制更加方便、簡(jiǎn)潔的BLDC/PMSM電機(jī)市場(chǎng)最為火熱。數(shù)據(jù)顯示，2018年全球僅BLDC電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模就約為153.6億美元，未來5年將以6.5%的年復(fù)合增長率增長，預(yù)計(jì)到2022年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到200億美元。

同時(shí)，為了順應(yīng)市場(chǎng)要求，使產(chǎn)品獲得競(jìng)爭(zhēng)力，高精度、高可靠性、長壽命、低功耗、小型化、高集成度是現(xiàn)今電機(jī)產(chǎn)品需要努力的方向。比如在高集成度的應(yīng)用中，傳統(tǒng)電機(jī)控制鏈路MCU+GateDriver+MOSFET中已經(jīng)出現(xiàn)了MCU+預(yù)驅(qū)動(dòng)(Pre-Driver)集成，或是預(yù)驅(qū)動(dòng)(Pre-Driver)+MOSFET功率模組集成的方式，甚至在一些小功率應(yīng)用中還出現(xiàn)了集成全部鏈路的情形。而在便攜設(shè)備、IOT和5G應(yīng)用中，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)在高精度、小型化、高集成度、低功耗的要求越來越高；而自動(dòng)化生產(chǎn)線則對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高可靠性和長壽命提出了苛刻的要求。

從目前的市場(chǎng)情形來看，吸塵器和電動(dòng)工具兩個(gè)高速成長的行業(yè)正在快速推動(dòng)直流電機(jī)從有刷到無刷，從帶傳感器到無傳感器的轉(zhuǎn)換。Qorvo可編程電機(jī)控制高級(jí)銷售經(jīng)理張?chǎng)H說這種變化帶來的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)是顯而易見的，除了尺寸的縮小外，帶傳感器安裝通常存在安裝角度問題，會(huì)導(dǎo)致15%-20%的電機(jī)產(chǎn)品無法達(dá)到性能要求，而直流無刷電機(jī)可以依靠算法進(jìn)行控制，從而使性能得到大幅提升。

但另一方面，由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)過程實(shí)際上是模擬數(shù)據(jù)的連續(xù)變化，所以用算法對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制的難度是增加的。而算法恰恰是目前中國電機(jī)工程師面臨的最大短板之一，這就對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片廠商提出了挑戰(zhàn)。在他看來，最科學(xué)的做法是必須和對(duì)具體應(yīng)用場(chǎng)景極為熟悉的客戶共同合作。

“電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用看似簡(jiǎn)單，但實(shí)際上存在著非常大的挑戰(zhàn)。電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止，不同的溫度、電阻、磁場(chǎng)變化都會(huì)影響電機(jī)運(yùn)行，這是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要長期的、反復(fù)的系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證與測(cè)試，失敗的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于成功概率。”張?chǎng)H認(rèn)為快速的上市時(shí)間要求也給用戶帶來了壓力，導(dǎo)致他們很難針對(duì)某項(xiàng)技術(shù)做長期穩(wěn)定的研發(fā)投入，這是現(xiàn)實(shí)問題。因此，作為驅(qū)動(dòng)IC廠商，最大的責(zé)任就是要把芯片平臺(tái)設(shè)計(jì)的更友好、更清晰、更符合采購需求，在充分考慮芯片的整體架構(gòu)、終端調(diào)配和資源分配前提下，確保和芯片相關(guān)的算法能夠盡快落地。

如何選擇優(yōu)良的電機(jī)控制器

“選擇有時(shí)比努力更重要?！庇鄧裾f這句話也同樣適用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)行業(yè)，選擇合適的器件、方案、合作伙伴，再加上專業(yè)的努力，畢竟我們不但要應(yīng)對(duì)技術(shù)與需求的難題，還要從容面對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的新形勢(shì)。

例如對(duì)于MCU的選擇，最新的、高性價(jià)比的器件往往能有效地降低BOM成本，最簡(jiǎn)單的案例是如果選用RT1020替代TMS320F2833X，不但單顆成本降低10美金，主頻更是從150MHz提高到400MHz。當(dāng)然，降低元器件的成本固然是降成本的關(guān)鍵，系統(tǒng)成本和研發(fā)成本的降低也是企業(yè)經(jīng)營者需要考慮的問題。

李志林對(duì)此表達(dá)了類似的觀點(diǎn)。他說作為一家國內(nèi)半導(dǎo)體公司，離客戶最近，能否積極聽取客戶意見并有效解決客戶疼點(diǎn)，提高產(chǎn)品性能，才是用戶最終選擇并信任你的理由。以圣邦微電子針對(duì)紡織機(jī)械控制板用戶設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制器SGM42630為例，不但通過小體積解決了發(fā)熱不好處理的困惑，還依靠自適應(yīng)控制衰減模式省去了用戶針對(duì)不同電機(jī)類型都要進(jìn)行調(diào)試的麻煩。此外，針對(duì)手機(jī)升降相機(jī)模組的需求，圣邦微還設(shè)計(jì)了體積更小，細(xì)分度更高，功耗更低的高集成度方案。

但張?chǎng)H認(rèn)為在一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)充分的市場(chǎng)里對(duì)硬件進(jìn)行選擇不會(huì)是一個(gè)很大的難題。換句話說，技術(shù)不是贏得電機(jī)驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)的唯一條件。以他的經(jīng)驗(yàn)來看，工程師在不同MCU平臺(tái)之間做技術(shù)遷移的時(shí)間可能都不會(huì)超過一周，如何從應(yīng)用的角度出發(fā)選擇合適的方案，統(tǒng)籌好性能、成本、尺寸、功耗、控制精度、可靠性等核心要素之間的關(guān)系，才是最核心的問題，畢竟電機(jī)驅(qū)動(dòng)生意不是“一錘子的買賣”，只有保證技術(shù)投資的延續(xù)性才能產(chǎn)生持續(xù)的價(jià)值。

“電機(jī)是海量市場(chǎng)，應(yīng)用需求各不相同，很難有放之四海皆準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。我知道有國內(nèi)公司將算法做硬件固化，有便利性但犧牲了靈活性，適合功能單一確定的市場(chǎng)。但如果要面對(duì)高度靈活性的市場(chǎng)，高集成度、可控制、可編程的方案就能脫穎而出?！睆?chǎng)H說。

除了正確的選擇外，考慮到盡管從傳統(tǒng)AC電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換到更為成熟的BLDC/PMSM電機(jī)設(shè)計(jì)是當(dāng)前的熱點(diǎn)，但BLDC/PMSM電機(jī)需要更復(fù)雜的電子控制，很多傳統(tǒng)電機(jī)行業(yè)工程師只了解硬件，缺乏對(duì)電子控制算法和將復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算轉(zhuǎn)換為軟件編碼的經(jīng)驗(yàn)和專有技術(shù)，因此，如何從系統(tǒng)層面加以支持，是很多電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC廠商正在思考的事情。

意法半導(dǎo)體(ST)亞太區(qū)功率分立和模擬產(chǎn)品器件部區(qū)域市場(chǎng)和應(yīng)用副總裁FRANCESCOMUGGERI稱穩(wěn)定性和可靠性是電機(jī)控制最重要的考慮因素，這是毋庸置疑的。但如果沒有生態(tài)系統(tǒng)和軟件的支持，電機(jī)控制硬件將不可避免的落入孤掌難鳴的境地。因此，為了更好的提供系統(tǒng)級(jí)支持，ST通過遍布整個(gè)大中華區(qū)的技術(shù)/銷售/支持團(tuán)隊(duì)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中心向用戶提供從硬件、軟件、庫和整個(gè)市場(chǎng)架構(gòu)的全方位支持。

也就是說，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身來看，ST既有只內(nèi)置了最基本電路的產(chǎn)品，也有集成了算法的高集成產(chǎn)品，用戶完全可以基于自己的設(shè)計(jì)能力進(jìn)行選用；從產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)來看，當(dāng)用戶需要搭一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，如果完全從零開始做系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)會(huì)比較困難。ST推出了不同的評(píng)估板，如果客戶熟悉STM，可以模擬一個(gè)系統(tǒng)，只要選對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的拓展板，就可以像搭積木一樣模擬出一個(gè)系統(tǒng)，從而大幅降低原型機(jī)的開發(fā)成本。此外，ST還針對(duì)某些特定應(yīng)用推出了完整的參考方案，客戶不但可以從ST網(wǎng)站上免費(fèi)下載軟硬件資料，甚至可以直接使用參考板的原理圖，這對(duì)他們的設(shè)計(jì)幫助極大。

目前，ST可以面向家用電器及商用電器、工業(yè)電源和工業(yè)工具、工業(yè)電機(jī)、消費(fèi)類機(jī)器人等應(yīng)用提供電機(jī)控制整體解決方案。以掃地機(jī)器人為例，ST實(shí)現(xiàn)了從實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)位置、防撞的傳感器，到包括藍(lán)牙在內(nèi)的各種無線通訊芯片，再到無線充電、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的“一條龍”供貨。截止到2018年，ST智能電機(jī)控制產(chǎn)品已達(dá)130多款，銷售量突破10億。

備胎與可替代

如果說來自各行各業(yè)的技術(shù)挑戰(zhàn)，還只是對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能本身提出了更高的要求，是在本質(zhì)上促進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行業(yè)的發(fā)展，那么貿(mào)易戰(zhàn)則似乎是一個(gè)外來的、并且不是很有助益的考驗(yàn)。

眾所周知，在傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使用了大量來自美國供應(yīng)商的芯片和產(chǎn)品，如TI的C2000DSP是目前國內(nèi)變頻器和伺服驅(qū)動(dòng)器行業(yè)流行使用的MCU，TMS320F28335則堪稱伺服驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)配，現(xiàn)在依然有很多廠商在使用。

貿(mào)易戰(zhàn)的一再升級(jí)，同樣也讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)行業(yè)有先覺意識(shí)的廠商開始尋找更為豐富的解決方案。當(dāng)然，不論是國產(chǎn)、歐洲還是日本器件，各家產(chǎn)品有各自的特點(diǎn)，分別適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，根據(jù)具體使用場(chǎng)景和技術(shù)要求選擇合適的產(chǎn)品才是更為重要的。而且平臺(tái)的移植和關(guān)鍵器件的替換并非簡(jiǎn)單工作，需要在產(chǎn)品選型、評(píng)估、設(shè)計(jì)分析、系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)權(quán)衡等各方面仔細(xì)斟酌。

其實(shí)，貿(mào)易戰(zhàn)固然來得突然，使人發(fā)懵，但還有一項(xiàng)挑戰(zhàn)卻由來已久，并且有愈演愈烈的趨勢(shì)，那就是行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。余國民說，良性的競(jìng)爭(zhēng)能促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，但惡性的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)讓整個(gè)行業(yè)停滯不前。正如前幾年工縫伺服的競(jìng)爭(zhēng)，就是一場(chǎng)殺敵一千，自損八百的價(jià)格戰(zhàn)，最后帶來的影響非常之大。只有用新的技術(shù)和產(chǎn)品帶來新的價(jià)格和性能優(yōu)勢(shì)，才能在嚴(yán)酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中贏得先機(jī)。