随着节能环保标准的不断提升，在全球，设计更可靠、更高效的电机，减少电子系统中电机使用的能量，正成为优先事项。来自IEA(国际能源机构)的数据显示，电机功耗已占全球总能耗的45%，提高电机驱动系统的效率将使全球电力消耗降低9%-14%，这将有望使无刷直流电机(BLDC)马达的采用比例增长一倍。
从传统AC电机设计转换到更为成熟的BLDC/PMSM马达设计，正成为电机控制应用设计人员目前追逐的热点。然而，飞兆(Fairchild)半导体BLDC产品线市场经理简文烯却提醒说，如果设计人员不能有效获得高级、复杂的电机控制算法，不管选择哪一种方法，都具有挑战性。
飞兆半导体BLDC产品线市场经理简文烯 |
“如何定义优良的马达控制器当然不仅与先进或高速的处理器有关，更重要的是，需要成熟半导体技术与模块化先进马达控制软件库的相互结合。”简文烯说，“新型BLDC马达需要更复杂的电子控制。但很多传统马达行业工程师只了解硬件，缺乏对电子控制算法和将复杂数学计算转换为软件编码的经验和专有技术。”
他认为，如果出现一些新的解决方案，不但能够提供模块化的马达控制软件库，从而最大限度减少软件设计工作，还能够提供用于实施附加功能的可编程系统控制和通信接口、以及硬件保护和稳健的模拟控制器，将是非常完美的。
德州仪器MCU业务拓展经理吴健鸿 |
而来自德州仪器(TI)MCU业务拓展经理吴健鸿的观点则表明，为了实现电机的高可靠性、低成本和高效率，业界从有传感器向无传感器转型的趋势也很明显。例如，在传统磁场定向控制(FOC)电机设计中，采用转子传感器既会增加成本(需要传感器、电源、特殊布线与连接器、安装以及维护)，还可能会降低可靠性(恶劣条件下性能退化、出现电气噪声、容易受温度和湿度影响)，从而对系统造成不利影响。此外，在封闭式压缩机或大型牵引设备等众多应用中采用传感器也是完全不切实际的。
“我认为，下一个大型无传感器FOC市场机会将有望来自运输、泵/风机/压缩机/牵引机、HVAC压缩机和风机、洗涤(直接驱动)、制冷压缩机、工业泵和风机等领域。”但吴健鸿也同时强调说，尽管无传感器FOC电机技术可带来许多系统优势，然而，“缺乏电机控制系统知识”却是许多行业不得不延迟采用和推广这些技术的根本原因。
鉴于此，TI推出了最新的InstaSPIN-FOC解决方案，旨在帮助电机控制系统设计人员在5分钟乃至更短的时间内，识别、调节并通过可变速度及负载全面控制任何类型的三相同步或异步电机。吴健鸿将该方案的竞争优势从三个方面进行了总结：包括显著降低无传感器FOC系统的开发难度、便于使用的高灵活软件架构、以及高保真低时延反馈信号。
“TI之前采用的是SMO算法，实现FOC需要花费较长时间寻找马达参数。”他说，“此次内置的FAST算法则属于直接调用。新手只需调用ROM中的完整系统功能就能够去调整控制增益，而专家仅需从ROM中调用FAST编码器功能就能够完全的定制控制系统。”
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本文下一页：飞兆与英飞凌的思路不同于TI
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与TI思路不同，飞兆FCM8531电机控制器采用了集成式“混合架构”。也就是说，在单芯片上集成嵌入式MCU(MCS51)和先进马达控制器(AMC)，并通过MSFR实现双方数据交换与存储。其中，AMC专用于马达控制，MCU是负责流程控制和通信接口的中心，管理速度控制面板、遥控装置或LED灯指示器等功能。
飞兆在强调此架构的优势时表示，通过使用预先配置和存储在AMC中的软件库，AMC可以执行FOC和DQ控制等强大算法，MCU仅需要简单的系统控制软件编程，从而实现了最少的软件控制。硬件方面，AMC和MCU均独立工作，可避免系统中断。同时，硬件中基于AMC的实时逐周期电流保护检测PWM信号，并且可在微秒(μs)内关断PWM信号以防止系统损坏。
英飞凌工业与多元化市场微控制器部门高级总监Stephan Zizala |
英飞凌(Infineon)最新推出的基于ARM Cortex-M0的XMC1000系列微控制器，也针对电机控制进行了多项优化，并试图以“32位功能、8位价格”的高性价比来打开市场之门。英飞凌工业与多元化市场微控制器部门高级总监Stephan Zizala表示，“性能、外设、存储器容量、组合扩展性和价格，是低端微控制器需要突破的5个屏障，XMC1000系列很好的解决了这些问题。”
他援引IHS的判断称，在可预见的将来，8位微控制器仍将占有中国微控制器市场中的最大份额。但是在很多市场中，随着更多的高位数、低成本、高性能控制器的出现，8位微控制器将逐步失去市场份额。中国市场需要的，是更具可扩展性的低端产品组合，配备强大的、免费的开发工具和IP保护，以及系统级解决方案。
以XMC1300为例，它集成了一个功能强大的捕获/比较单元CCU8和位置接口单元(POSIF)，支持精确的电机位置检测。并同时集成算术协处理器CORDIC，可进行矢量旋转和硬件除法计算，支持无传感器FOC(磁场定向控制)解决方案，提高电机运行效率，这是其他基于Cortex-M0的单片机产品所没有的。
此外，工程师还可利用DAVE Apps进行模块化编程，“比如在电机控制的App应用中，既有针对应用的，也有基于外设的，设计人员只需把所用电机的参数和需求等信息输入即可。当然，也可自写程序。”Stephan Zizala表示，“截止2月底，已有20个XMC1000 DAVE Apps发布，预计全年可达150个。”
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