“選擇有時比努力更重要。”這句話也同樣適用于電機驅(qū)動行業(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)對技術(shù)與需求的難題，還要從容面對錯綜復(fù)雜的新形勢。無論是作為技術(shù)專家還是供應(yīng)鏈專家，早些年可以不懂時政、不管市場，一頭扎身技術(shù)，依然設(shè)計出好的產(chǎn)品。但現(xiàn)在，新形勢下帶來了更迫切的新挑戰(zhàn)。當(dāng)然，對電機驅(qū)動行業(yè)來說，新的挑戰(zhàn)絕不只是貿(mào)易戰(zhàn)，還有價格戰(zhàn)、市場戰(zhàn)、以及工業(yè)4.0等新應(yīng)用帶來的產(chǎn)品升級的技術(shù)挑戰(zhàn)等等。

小身材驅(qū)動大工業(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，參與到具體的控制中，從而形成真正的閉環(huán)。而電機驅(qū)動作為整個閉環(huán)中的執(zhí)行器環(huán)節(jié)，其性能好壞直接影響到整個閉環(huán)的性能。

因此，工業(yè)4.0對電機驅(qū)動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，還迫切要求電機尺寸越來越小、功率密度越大越好，就像當(dāng)前應(yīng)用于工業(yè)機器人領(lǐng)域的書本型伺服驅(qū)動器，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)電機驅(qū)動市場商務(wù)拓展經(jīng)理余國民看來，當(dāng)面對這些林林總總的挑戰(zhàn)時，根據(jù)設(shè)計要求選擇一顆合適的微控制器(MCU)會是業(yè)內(nèi)人士率先做出的選擇，這也是整個產(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目設(shè)計中，適合中端市場的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系列都是各有特點的MCU產(chǎn)品。而安森美(OnSemi)的IPM、美信的隔離器件、LittelFuse的保護器件、英飛凌的驅(qū)動和MOSFET等產(chǎn)品都是非常不錯的選擇。

圣邦微電子(北京)股份有限公司產(chǎn)品線經(jīng)理李志林則進一步指出，其實不止在工業(yè)4.0領(lǐng)域，隨著無人機、智慧家居、新能源汽車和機器人等領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，電機行業(yè)全面走向高端化、智能化已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展共識，以直流電機、步進電機、直流無刷電機(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)為代表的市場寵兒們正迎來前所未有的市場機遇。

例如直流有刷電機由于驅(qū)動簡單，被大批量使用在日常消費品中；步進電機，特別是閉環(huán)步進電機，非常適合應(yīng)用于對精度有一定要求的低成本市場，如紡織機具、ATM機、驗鈔機等低成本的工業(yè)控制；無人機、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；而永磁同步電機主要應(yīng)用于需要對位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩進行高精度控制的產(chǎn)品中。

這其中又以控制更加方便、簡潔的BLDC/PMSM電機市場最為火熱。數(shù)據(jù)顯示，2018年全球僅BLDC電機市場規(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)計到2022年市場規(guī)模將達到200億美元。

同時，為了順應(yīng)市場要求，使產(chǎn)品獲得競爭力，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)電機控制鏈路MCU+GateDriver+MOSFET中已經(jīng)出現(xiàn)了MCU+預(yù)驅(qū)動(Pre-Driver)集成，或是預(yù)驅(qū)動(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，對電機驅(qū)動在高精度、小型化、高集成度、低功耗的要求越來越高；而自動化生產(chǎn)線則對電機驅(qū)動的高可靠性和長壽命提出了苛刻的要求。

從目前的市場情形來看，吸塵器和電動工具兩個高速成長的行業(yè)正在快速推動直流電機從有刷到無刷，從帶傳感器到無傳感器的轉(zhuǎn)換。Qorvo可編程電機控制高級銷售經(jīng)理張鯤說這種變化帶來的競爭優(yōu)勢是顯而易見的，除了尺寸的縮小外，帶傳感器安裝通常存在安裝角度問題，會導(dǎo)致15%-20%的電機產(chǎn)品無法達到性能要求，而直流無刷電機可以依靠算法進行控制，從而使性能得到大幅提升。

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

“電機驅(qū)動應(yīng)用看似簡單，但實際上存在著非常大的挑戰(zhàn)。電機的啟動、運行、停止，不同的溫度、電阻、磁場變化都會影響電機運行，這是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要長期的、反復(fù)的系統(tǒng)級驗證與測試，失敗的概率遠遠高于成功概率?！睆場H認為快速的上市時間要求也給用戶帶來了壓力，導(dǎo)致他們很難針對某項技術(shù)做長期穩(wěn)定的研發(fā)投入，這是現(xiàn)實問題。因此，作為驅(qū)動IC廠商，最大的責(zé)任就是要把芯片平臺設(shè)計的更友好、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)良的電機控制器

“選擇有時比努力更重要?！庇鄧裾f這句話也同樣適用于電機驅(qū)動行業(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)對技術(shù)與需求的難題，還要從容面對錯綜復(fù)雜的新形勢。

例如對于MCU的選擇，最新的、高性價比的器件往往能有效地降低BOM成本，最簡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。

李志林對此表達了類似的觀點。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，提高產(chǎn)品性能，才是用戶最終選擇并信任你的理由。以圣邦微電子針對紡織機械控制板用戶設(shè)計的步進電機控制器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不同電機類型都要進行調(diào)試的麻煩。此外，針對手機升降相機模組的需求，圣邦微還設(shè)計了體積更小，細分度更高，功耗更低的高集成度方案。

但張鯤認為在一個競爭充分的市場里對硬件進行選擇不會是一個很大的難題。換句話說，技術(shù)不是贏得電機驅(qū)動市場的唯一條件。以他的經(jīng)驗來看，工程師在不同MCU平臺之間做技術(shù)遷移的時間可能都不會超過一周，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，畢竟電機驅(qū)動生意不是“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)的價值。

“電機是海量市場，應(yīng)用需求各不相同，很難有放之四海皆準的標準。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。但如果要面對高度靈活性的市場，高集成度、可控制、可編程的方案就能脫穎而出。”張鯤說。

除了正確的選擇外，考慮到盡管從傳統(tǒng)AC電機設(shè)計轉(zhuǎn)換到更為成熟的BLDC/PMSM電機設(shè)計是當(dāng)前的熱點，但BLDC/PMSM電機需要更復(fù)雜的電子控制，很多傳統(tǒng)電機行業(yè)工程師只了解硬件，缺乏對電子控制算法和將復(fù)雜數(shù)學(xué)計算轉(zhuǎn)換為軟件編碼的經(jīng)驗和專有技術(shù)，因此，如何從系統(tǒng)層面加以支持，是很多電機驅(qū)動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)域市場和應(yīng)用副總裁FRANCESCOMUGGERI稱穩(wěn)定性和可靠性是電機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)級支持，ST通過遍布整個大中華區(qū)的技術(shù)/銷售/支持團隊和電機驅(qū)動應(yīng)用中心向用戶提供從硬件、軟件、庫和整個市場架構(gòu)的全方位支持。

也就是說，從產(chǎn)品設(shè)計本身來看，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)計能力進行選用；從產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)來看，當(dāng)用戶需要搭一個系統(tǒng)時，如果完全從零開始做系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計會比較困難。ST推出了不同的評估板，如果客戶熟悉STM，可以模擬一個系統(tǒng)，只要選對應(yīng)產(chǎn)品的拓展板，就可以像搭積木一樣模擬出一個系統(tǒng)，從而大幅降低原型機的開發(fā)成本。此外，ST還針對某些特定應(yīng)用推出了完整的參考方案，客戶不但可以從ST網(wǎng)站上免費下載軟硬件資料，甚至可以直接使用參考板的原理圖，這對他們的設(shè)計幫助極大。

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、消費類機器人等應(yīng)用提供電機控制整體解決方案。以掃地機器人為例，ST實現(xiàn)了從實現(xiàn)監(jiān)測位置、防撞的傳感器，到包括藍牙在內(nèi)的各種無線通訊芯片，再到無線充電、電機驅(qū)動芯片的“一條龍”供貨。截止到2018年，ST智能電機控制產(chǎn)品已達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)，還只是對電機驅(qū)動性能本身提出了更高的要求，是在本質(zhì)上促進電機驅(qū)動行業(yè)的發(fā)展，那么貿(mào)易戰(zhàn)則似乎是一個外來的、并且不是很有助益的考驗。

眾所周知，在傳統(tǒng)的電機驅(qū)動中，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)動器行業(yè)流行使用的MCU，TMS320F28335則堪稱伺服驅(qū)動器的標配，現(xiàn)在依然有很多廠商在使用。

貿(mào)易戰(zhàn)的一再升級，同樣也讓電機驅(qū)動行業(yè)有先覺意識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，分別適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，根據(jù)具體使用場景和技術(shù)要求選擇合適的產(chǎn)品才是更為重要的。而且平臺的移植和關(guān)鍵器件的替換并非簡單工作，需要在產(chǎn)品選型、評估、設(shè)計分析、系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)權(quán)衡等各方面仔細斟酌。

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