电机控制和功率电源的发展新趋势

近几年来，随着无人机、智能机器人、汽车电子等市场的兴起，直流电机的控制再次引起了人们的关注。在电机控制系统中，要想实现精确控制，就离不开高效的电机驱动、优秀的算法和精确的传感器。

在8月18日的“电机及编码器研讨会”上，MPS的技术专家与参会的工程师共同探讨了新产业形式下，电机控制以及功率电源的需求、直流无刷电机的各类控制方式、磁性编码器的原理和设计要领，并展示了MPS的高速直流无刷电机驱动整套解决方案。

图1：研讨会现场。

电机驱动以及功率单元的发展趋势

MPS南中国区总经理林升标在主题演讲中讲到，未来的工业4.0、物联网时代，功率单元(电机驱动和电源)将会向高频化、高效化、集成化和智能化方向发展。而高频化的实现必须降低芯片内部的寄生参数；更低的导通阻抗才能实现高效化；先进的制程以及低热阻的小型封装才能够实现高集成度；而智能化的实现主要依托于混合信号处理的芯片。

“为了满足这些需求，芯片工艺和封装技术必须也要跟着改进。”林升标自豪地表示，“MPS刚好在这两方面都有自己的核心技术。我们的BCD工艺可以覆盖的产品线非常广，输入电压可以从5V到1200V，输出电流可以到80A。”

图2：MPS南中国区总经理林升标。

虽然现在最新的CPU工艺已经到了10nm甚至以下，但模拟IC的工艺目前的主流是0.18µm和0.35µm。MPS的BCD工艺已经走在了主流工艺的前面，“我们90nm的产品已经开始量产了。”林升标在演讲中提到。

由于使用了90nm的工艺，MPS的功率芯片可以支持更高的频率，也可以把芯片做得更小。比如其最新BCD Plus工艺的开关频率可以到8MHz。Die的面积也只有竞争对手的1/4，甚至1/6。

此外，在封装方面，MPS采用的是倒装键合工艺。因为倒装键合工艺与传统的金线键合工艺相比，一是降低了导通阻抗；二是散热会更好，每个引脚都可以辅助散热，甚至都不需要在芯片表面加散热片来散热了。

“我们现在每个月出货的两亿颗芯片都是使用倒装键合工艺来制造的。可以说我们是业内最早使用倒装键合工艺来做功率单元的。”林升标表示。

对于这种高频率、高集成的功率单元的优势，他用了几个实例来说明，其中一个是直流无刷调速风扇。如图3。

图3：直流无刷调速风扇案例对比。

从对比中，我们可以看到上面的传统方案，调速需要用到很多的外围器件。而使用MPS的TSOT23-6芯片后，外围器件可以变得很少。林升标解释说，这主要得益于TSOT23-6具有600mA的输出电流能力，最重要的是该芯片内部集成了4个MOSFET和霍尔器件，而且它本身有寄存器，可以将调速曲线代码直接烧录进去。

另外，他还举了一个设计20A的电源转换电路，如图4和图5。

图4：传统的20A输出电流的电源转换解决方案。

图5：MPS的20A输出电流的电源转换解决方案。

在本次研讨会上，MPS还推出了一个超小型封装的电源模块产品MPM38xx。该模块产品将被动元件(包括电感)集成进了模块内部。

研讨会现场

随后，MPS的高级系统工程师秦鸿强针对单相/三相BLDC的应用，详细讲述了单相BLDC的控制方法，以及三相BLDC方波控制和FOC控制的算法和流程。并以抛球机器人为例，重点讲述了MPS最新的集成FOC控制和角度传感器的方案MP6570，结合MPS的功率级单元MP653X/4X可以实现全套解决方案。最后还特别分析了MPS的单相/三相BLDC控制方案的特点。

图6：MPS的高级系统工程师秦鸿强。

图7：单相直流无刷电机控制技术及方案。

图8：基于FOC方案的MPS高度集成控制方案及应用。

在后面的演讲中，MPS应用工程师陆桢分享了MPS磁角度传感器的原理、优势和应用。他对现场工程师表示，虽然MPS在2014年才推出自己的磁角度传感器，但它具有其他公司不具备的优势，比如说MPS的磁角度传感器不需要做ADC运算，只在内部做相位比较，因此可以做到只有3µs的总延迟；500kHz刷新速率，支持高达12万转/分钟的转速；提供实时UVW换相信号；而且封装尺寸小。

他同时提到，目前MPS的磁角度传感器的分辨率是11位半，即将会量产14位到15位精度的磁角度传感器。

图9：MPS应用工程师陆桢。

最后MPS南中国区汽车工业电机驱动市场经理赵轩分享了MPS电机驱动经典案例比如机器人，无人机以及汽车电子等，并介绍了MPS的主要产品。

图10：MPS南中国区汽车工业电机驱动市场经理赵轩。