工業(yè)市場(chǎng)對(duì)電力的需求正以前所未有的速度增長(zhǎng)著，而超過(guò)40%的電力需求就來(lái)源于各類(lèi)工業(yè)電機(jī)。對(duì)于工業(yè)用電過(guò)大及耗能過(guò)多的問(wèn)題，各國(guó)政府都出臺(tái)了一系列嚴(yán)苛的法規(guī)來(lái)進(jìn)行控制。順應(yīng)這一趨勢(shì)，更智能、更高效率的電機(jī)以及控制系統(tǒng)將成為未來(lái)的主要需求之一。就中國(guó)工業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀、半導(dǎo)體廠商的核心競(jìng)爭(zhēng)力，以及電機(jī)控制的發(fā)展趨勢(shì)，筆者采訪了ADI亞太區(qū)電機(jī)與電源控制行業(yè)市場(chǎng)部經(jīng)理于常濤。

工業(yè)4.0？別鬧了，3.0初中期才是我們的現(xiàn)狀

在當(dāng)前言必談“工業(yè)4.0”的產(chǎn)業(yè)氛圍中，中國(guó)的實(shí)際國(guó)情是什么？工業(yè)4.0能給中國(guó)帶來(lái)哪些好處？半導(dǎo)體廠商又能獲得哪些機(jī)會(huì)？對(duì)于這一系列問(wèn)題，于常濤表示，中國(guó)離所謂的4.0相差甚遠(yuǎn)，我們現(xiàn)在僅僅處于3.0的初級(jí)階段，即便是日本也才處于3.0的后期?，F(xiàn)在談4.0，更多是在探討。而前不久出臺(tái)的“中國(guó)制造2025”，這才是中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的核心驅(qū)動(dòng)力。

于常濤表示，“中國(guó)制造2025”規(guī)劃中明確定義了十大應(yīng)用領(lǐng)域，其中與電機(jī)控制相關(guān)的是機(jī)器人與CNC。此外，在區(qū)域方面，國(guó)家也設(shè)立了很多產(chǎn)業(yè)園，希望通過(guò)重點(diǎn)扶持代表性企業(yè)，逐漸將國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的市場(chǎng)份額提升至45%或更高。而現(xiàn)在的情況是，以交流通用伺服為例，日系的產(chǎn)品（以松下、安川、三菱為代表）占據(jù)了近一半的市場(chǎng)份額，歐系（以西門(mén)子、施奈德、ABB為代表）占據(jù)了20%左右，臺(tái)灣系（以臺(tái)達(dá)為代表）占了將近10%左右，而國(guó)內(nèi)的廠商全部加在一起可能只占據(jù)不到20%的份額。根據(jù)規(guī)劃的發(fā)展目標(biāo)，中國(guó)市場(chǎng)的潛力是非常巨大的，這也是ADI近年來(lái)針對(duì)中國(guó)進(jìn)行持續(xù)不斷的投入的原因。

2014年~2020年，就通用伺服這個(gè)行業(yè)應(yīng)用，ADI針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)設(shè)定了20%的復(fù)合增長(zhǎng)率目標(biāo)。于常濤表示，這樣的增長(zhǎng)一方面來(lái)自于ADI自身的產(chǎn)品和系統(tǒng)方案的完善，另一方面則來(lái)自于整個(gè)市場(chǎng)的宏觀增長(zhǎng)，這是電機(jī)控制行業(yè)非常明顯的特征。

為什么有信心在設(shè)定了20%的復(fù)合增長(zhǎng)率目標(biāo)？于常濤表示，主要來(lái)自于三大驅(qū)動(dòng)力。首先是能源效率，現(xiàn)在全球都在倡導(dǎo)節(jié)能，而電機(jī)在降低能耗方面會(huì)有很大的貢獻(xiàn)；第二是生產(chǎn)效率，它與工廠自動(dòng)化密切相關(guān)；第三就是連接（互聯(lián)互通性），它體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、多軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)等方面，都是在原有的基礎(chǔ)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化。這三方面都是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，也是非常顯著的驅(qū)動(dòng)力。

于常濤進(jìn)一步解釋?zhuān)?a >變頻器、驅(qū)動(dòng)和伺服三大類(lèi)合稱(chēng)為電機(jī)控制器，硬件上的區(qū)別在于，變頻器基本是處理器加功率模塊為主，再加上一些保護(hù)措施，只完成很簡(jiǎn)單的V/F控制，常用于建筑機(jī)械、港口機(jī)械、電動(dòng)自行車(chē)、泵、風(fēng)機(jī)、變頻空調(diào)等應(yīng)用中；而驅(qū)動(dòng)則額外增加了電流環(huán)路檢測(cè)；伺服則是基于驅(qū)動(dòng)器為基礎(chǔ)，再加上了位置和速度，更多用于較為高級(jí)的自動(dòng)化應(yīng)用。他強(qiáng)調(diào)，ADI更加關(guān)注驅(qū)動(dòng)和伺服這兩大類(lèi)，正在著力進(jìn)行相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)和市場(chǎng)推廣。

ARM平臺(tái)將成為通用伺服控制器主流之選

通用伺服架構(gòu)主要包括處理器、隔離接口、功率模塊驅(qū)動(dòng)、電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)等，ADI囊括了除功率模塊之外的所有信號(hào)鏈產(chǎn)品?，F(xiàn)在越來(lái)越多的客戶都開(kāi)始關(guān)心平臺(tái)，即所謂伺服控制所用的是什么樣的處理器？現(xiàn)在做伺服控制比較核心的平臺(tái)有三種，MCU、DSP以及FPGA，究竟哪個(gè)好？

于常濤表示，具體取決于產(chǎn)品需求和市場(chǎng)定位。FPGA靈活，因此非常適合做網(wǎng)絡(luò)通信以及多軸系統(tǒng)，如果用它來(lái)做通用伺服（例如單軸或雙軸控制），性能本身完全沒(méi)問(wèn)題，但未必是性價(jià)比最優(yōu)的方案。DSP在過(guò)往的十年時(shí)間里獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是也有一些固有問(wèn)題的存在，例如產(chǎn)品內(nèi)核互相不兼容，編譯器由原廠提供因而對(duì)最終用戶限制較大；現(xiàn)在比較主流的則是ARM內(nèi)核的MCU，ADI的ADSP-CM408F處理器就是基于ARMCortex-M4F內(nèi)核，主頻為240MHz，芯片內(nèi)部集成高精度ADC以及SINC濾波器，成了伺服控制所需的核心性能。

于常濤補(bǔ)充，每類(lèi)產(chǎn)品都有不同性能檔次的產(chǎn)品，因此很難在性能上分出伯仲。但是在相同的性能水平下，ARMMCU的性價(jià)比最高。其次，基于ARM內(nèi)核的MCU作為標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)，幾乎所有廠商都有ARM授權(quán)內(nèi)核的處理器，當(dāng)需要在不同平臺(tái)進(jìn)行切換時(shí)，不需要對(duì)代碼進(jìn)行大的更改。此外，中國(guó)工程師對(duì)ARM處理器的認(rèn)知度更高，上手更容易，開(kāi)發(fā)門(mén)檻也會(huì)更低。

也正是上述原因，許多工業(yè)領(lǐng)域的客戶由2013年時(shí)對(duì)ARM處理器的疑慮態(tài)度，到2014年時(shí)開(kāi)始進(jìn)行嘗試，現(xiàn)在看來(lái)，90%的伺服企業(yè)已經(jīng)切換或正在評(píng)估ARM平臺(tái)，將其作為伺服控制器的主平臺(tái)。

磁隔離將成為電機(jī)伺服主角

因?yàn)殡姍C(jī)伺服控制系統(tǒng)涉及強(qiáng)電、弱電以及一些通信接口，因此安全方面的保證必不可少。強(qiáng)電因?yàn)楣β誓K的存在而產(chǎn)生噪聲，而控制部分又是弱電系統(tǒng)，因此兩者之間必須進(jìn)行隔離，否則性能很難得到保障。因此在整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)中，隔離貫穿始終，成為非常核心的環(huán)節(jié)。

目前市面上主要有三種隔離技術(shù)：光隔離、容隔離以及磁隔離。ADI現(xiàn)在主推的iCoupler磁隔離技術(shù)。于常濤評(píng)價(jià)光隔離技術(shù)的核心是發(fā)光二極管，主要利用光的原理來(lái)進(jìn)行耦合，存在光衰的問(wèn)題，可靠性較差，且體積較大、功耗較大。工業(yè)上對(duì)可靠性、安全性要求都很高，因此容隔離用得不多。

相較而言，磁隔離的優(yōu)點(diǎn)在于：第一是速率高，特別是在高速通信時(shí)有優(yōu)勢(shì)；其次是功耗低；第三是小體積，它集成了很多外圍功能，因而簡(jiǎn)單易用。

此外，在整個(gè)伺服系統(tǒng)當(dāng)中，功率模塊是非常核心的環(huán)節(jié)。對(duì)于IGBT的功率模塊，需要前端驅(qū)動(dòng)同時(shí)能夠完成隔離的功能，ADI的ADuM4135產(chǎn)品正是基于ADI的iCoupler磁隔離技術(shù)，然后再配合前端和后端的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。帶給客戶的好處包括：首先該功率模塊是安全的，因?yàn)樗闪撕芏啾Ｗo(hù)功能；其次它的傳輸延遲比較小，就可以使整個(gè)IGBT模塊的死區(qū)時(shí)間做優(yōu)化設(shè)置，一旦出現(xiàn)故障可以在很短時(shí)間內(nèi)關(guān)斷模塊。

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