電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）隨著主控芯片、驅(qū)動技術(shù)、功率半導(dǎo)體技術(shù)、控制算法以及高性能稀土永磁材料的不斷發(fā)展，高效電機越來越重要。電機系統(tǒng)要求長使用壽命、低維護、低能耗以及對電壓波動的高耐受性。以高能效著稱的BLDC和PMSM開始受到電機行業(yè)的大力追捧。

而且對節(jié)能電機的需求一部分也是由電價上漲和嚴格的電力消費標準推動的，下游終端市場正逐漸轉(zhuǎn)向采用高效的電動系統(tǒng)來緩解能源壓力。與日俱增的高標準性能要求下，BLDC市場逐步擴大。

需求空間持續(xù)穩(wěn)定增長的BLDC市場

BLDC電機憑借高可靠性、低振動、高效率、低噪音、節(jié)能降耗的性能優(yōu)勢及電機節(jié)能降耗國家性強制標準的推行，在智能小家電、電動工具、白色家電等下游終端領(lǐng)域的滲透率提升得尤為快速。

尤其現(xiàn)在終端市場對電機控制性能提出了更高的要求，不僅限于電機開關(guān)或簡單變檔的控制，還需要電機能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、低噪音、多功能的復(fù)雜控制任務(wù)，例如變頻冰箱、變頻空調(diào)的比例逐年上升，料理機、洗碗機等廚電均有了多種多樣的功能供消費者選擇，吹風機、吸塵器等小家電在追求高轉(zhuǎn)速的同時追求低噪音、低振動的控制效果。

變頻洗衣機、變頻冰箱、變頻空調(diào)是BLDC滲透很快的領(lǐng)域，都在50%以上。相比之下其他智能小家電領(lǐng)域，BLDC電機替代效應(yīng)起步稍慢，滲透率仍較低，與行業(yè)滲透率天花板之間存在較大的發(fā)展空間。因此，BLDC電機需求將在較長時間內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定增長，當然這也為BLDC電機驅(qū)動控制芯片提供了廣闊的發(fā)展空間。

根據(jù)Grand view Research發(fā)布的BLDC調(diào)研統(tǒng)計，2022年全球無刷直流電機市場規(guī)模為188.254億美元，2023年預(yù)計市場規(guī)模為198.638億美元，并以年復(fù)合增長率6.5%增長到2030年的308.624億美元。

和此前調(diào)研機構(gòu)預(yù)測的數(shù)據(jù)相比，BLDC的增長并沒有預(yù)估得那么迅猛，但在近一年行業(yè)不景氣的形勢下，BLDC市場仍然實現(xiàn)了增長已實屬不易。BLDC電機下游應(yīng)用存量市場和增量市場多點開花，相關(guān)的BLDC驅(qū)動控制芯片自然有著充足的市場需求。

BLDC控制芯片（主控MCU）市場競爭的特點也很鮮明。首先通用MCU芯片架構(gòu)和專用芯片架構(gòu)和諧共存。通用 MCU 芯片內(nèi)核架構(gòu)一般采用 ARM 公司提供的Cortex-M系列內(nèi)核，現(xiàn)在RISC-V架構(gòu)也在逐漸增多，當然也有選擇廠商自研的芯片架構(gòu)。

其次，不同廠商在不同的應(yīng)用領(lǐng)域有著各自的競爭優(yōu)勢，有些在高速吸塵器、直流變
頻電風扇、無繩電動工具等領(lǐng)域耕耘占據(jù)市場份額，有些在變頻白色家電等領(lǐng)域保持強大競爭力。

從智能小家電、運動出行、電動工具、白色家電到智能機器人、工業(yè)與汽車，BLDC因其所具備優(yōu)異的性能優(yōu)勢將得到廣泛使用，不斷替換下游各領(lǐng)域產(chǎn)品中的傳統(tǒng)電機，市場將不斷滲透，也帶動了BLDC電機驅(qū)動控制芯片需求持續(xù)旺盛。

實現(xiàn)BLDC多功能的核心——控制

上面提到的，高效率、低噪音、多功能復(fù)雜控制任務(wù)的實現(xiàn)，高轉(zhuǎn)速的同時低噪音、低振動效果的呈現(xiàn)，都和電機控制息息相關(guān)。這個控制，可以理解為硬件層面主控IC的要求和軟件層面控制算法的要求，這二者是密不可分的。

算法優(yōu)劣肯定是直接影響控制性能的，算法自身隨著控制技術(shù)的發(fā)展不斷進行迭代更新，伴隨控制性能不斷提升，算法復(fù)雜度也隨之提升。算法復(fù)雜度的提升，需要計算速度和計算量的大幅提升，因此現(xiàn)在對主控芯片的硬件指標要求也越來越高。

從不同應(yīng)用終端的控制方式迭代我們可以看到趨勢是在往無感和FOC上發(fā)展。冰箱最早用定頻控制，后來多用120度方波BLDC，現(xiàn)在無感FOC直流變頻是最優(yōu)解；洗衣機最早也用定頻控制，后來用有感SVPWM的BLDC/DD，現(xiàn)在也轉(zhuǎn)向無感FOC的BLDC/DD；電吹風最早用串激電機不需要電子控制，后來開始用BLDC實現(xiàn)無級調(diào)速，現(xiàn)在也是FOC控制很有代表性的終端應(yīng)用。還有電動平衡車，最早用三相BLDC有感方波控制，后來用有感FOC，現(xiàn)在也轉(zhuǎn)向無感FOC。

從方波控制到SVPWM到FOC，從有感到無感，控制算法復(fù)雜度一步步增加，BLDC控制性能也隨之一步步飛躍。無感加FOC的控制算法最為先進，能夠最大程度上實現(xiàn)高效率、低振動、低噪音以及高響應(yīng)速度的控制效果。

無感為整個電機控制系統(tǒng)帶來了更為簡潔的布局并降低了傳感器失效的風險，F(xiàn)OC能在最大程度上實現(xiàn)更高的效率、更低的振動、更小的噪音、更平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩控制以及更快的動態(tài)響應(yīng)速度等精密控制目標，在講究高功率密度緊湊型設(shè)計的現(xiàn)今，無感和FOC的確更難但也更有發(fā)展前景，是未來的技術(shù)發(fā)展趨勢。

為了實現(xiàn)這些復(fù)雜的運算，主控芯片也在升級?，F(xiàn)在很多芯片廠商都開發(fā)了專用于BLDC的主控MCU，而且也應(yīng)用自家的芯片實現(xiàn)了控制的相關(guān)算法，或者是將控制相關(guān)的模塊、器件使用硬件的方式集成在了芯片內(nèi)部來進行控制。這體現(xiàn)了電機算法硬件化模塊化和電機控制器件集成化的技術(shù)趨勢。

高集成度發(fā)展其實不言而喻，整個芯片行業(yè)都是在向高集成方向發(fā)展，電機驅(qū)控芯片經(jīng)歷了從完全分離、到集成運放和比較器、集成預(yù)驅(qū)動、集成電源和MOSFET，到現(xiàn)在全集成模塊，高度集成是BLDC芯片一個核心發(fā)展趨勢。

控制算法硬件化模塊化也是一個必然的發(fā)展趨勢，算法復(fù)雜度不斷提升，開發(fā)門檻越來越高，而電機控制方案是在不斷升級的，算法通過硬件化降低開發(fā)門檻是更友好的選擇。而且算法硬件化后，本身就能提高對參數(shù)的敏感度， 有效提高MCU芯片運算速度，運算速度較純軟件計算更快，算法模塊化后大大減少CPU占用。對于高性能電機控制來說，這一趨勢會發(fā)展得非?？?。

當然，主控芯片本身性能優(yōu)劣也直接導(dǎo)致了現(xiàn)在電機控制產(chǎn)品性能輸出有差異的現(xiàn)象。首先主控芯片主頻限制，會無法做到高速運算以及提升帶寬；其次外環(huán)代碼執(zhí)行受限無法執(zhí)行得更快，即使內(nèi)環(huán)代碼通過原廠提供的硬件化方法可以執(zhí)行很快，所以芯片主頻的影響也是很大的。所以我們也看到在高性能的電機應(yīng)用里，高主頻內(nèi)核、雙核控制芯片也越來越多，兼顧高主頻算力和高集成度。

小結(jié)

控制是BLDC的核心主題，更高的電機性能均需要控制芯片予以實現(xiàn)，這對芯片設(shè)計公司不斷提出更高的要求。相關(guān)廠商在電機控制軟硬件技術(shù)上的持續(xù)突破也推動了BLDC向更高性能，更高的市場滲透率發(fā)展。