(文/程文智)從1978年德國Mannesmann公司的Indramat分部正式推出MAC經(jīng)典BLDC電機及其驅(qū)動器產(chǎn)品開始,電子換相的BLDC電機真正進入了實用階段。經(jīng)過40多年的發(fā)展,BLDC電機及其驅(qū)動器技術(shù)已經(jīng)基本成熟,但因為相對有刷電機來說成本要高出很多,所以BLDC電機只是在部分市場有應(yīng)用,一直沒有得到大面積的應(yīng)用。
近幾年來,隨著永磁新材料、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù),以及電力電子技術(shù),特別是大功率開關(guān)器件的發(fā)展,再加上國內(nèi)高壓、高速電機制造技術(shù)的提升,BLDC電機得到了長足的發(fā)展?,F(xiàn)在,BLDC電機已經(jīng)在很多場合得到了應(yīng)用,進入了快速增長期。
據(jù)<電子發(fā)燒友>了解,現(xiàn)在關(guān)注BLDC方向的芯片廠商非常多。截止到目前,國內(nèi)至少有七、八十家芯片廠商推出了BLDC相關(guān)的產(chǎn)品,但綜合技術(shù)領(lǐng)先的還是TI、NXP、Microchip、ST、英飛凌、羅姆等國外廠商。
值得慶幸的是,這幾年國內(nèi)也涌現(xiàn)出了部分BLDC電機芯片企業(yè),他們在一些細分市場取得了不錯的成績。其中,峰岹科技(Fortior Technology)就是一個典型的代表,從2010年成立起就專注于高性能電機驅(qū)動控制芯片的設(shè)計及核心應(yīng)用算法研發(fā),潛心十年研究,終成國內(nèi)BLDC電機驅(qū)動控制芯片的隱形冠軍。其芯片產(chǎn)品和應(yīng)用方案被廣泛應(yīng)用于消費電子、電動工具、運動及出行、IT及通信設(shè)備、智能機器人、工業(yè)及汽車等領(lǐng)域。
十年布局,做電機芯片的拓荒者
2010年,國內(nèi)鮮有芯片廠商做電機驅(qū)動控制芯片,只有少數(shù)幾家國外廠商比如TI、Microchip、ST、英飛凌、羅姆等半導(dǎo)體廠商推出了一些電機驅(qū)動控制芯片。究其原因,一是電機驅(qū)動控制芯片的研發(fā)門檻相對來說比較高,涉及到芯片設(shè)計、電機設(shè)計和電機驅(qū)動架構(gòu)等技術(shù),能同時掌握三種技術(shù)的半導(dǎo)體廠商不多;二是當時BLDC電機的市場滲透率還不高,僅在部分特殊場景中有使用,對驅(qū)動芯片的需求量不大。
在這樣一個市場前景不明朗,甚至誰都不知道未來市場究竟哪一天才會起來的時候,峰岹科技的創(chuàng)始人畢磊就決定了要進入BLDC電機驅(qū)動控制芯片領(lǐng)域,這不僅需要面向未來的眼光,更需要做好長期投入的打算,以及做出這個決定的魄力。
選好了市場,還要選擇技術(shù)方向。其實,BLDC電機的驅(qū)動架構(gòu)當時大概有四種模式可供選擇,即DSP+外圍驅(qū)動+外圍采樣、MCU+外圍驅(qū)動+外圍采樣、具有預(yù)驅(qū)和采樣功能的專用MCU、以及專用SoC芯片。
“與多數(shù)電機驅(qū)動控制芯片廠商采用Arm內(nèi)核架構(gòu)不同,我們從底層架構(gòu)上將芯片設(shè)計、電機驅(qū)動架構(gòu)、電機技術(shù)三者有效融合,用算法硬件化的路徑,在芯片架構(gòu)層面實現(xiàn)了復(fù)雜的電機驅(qū)動控制算法,形成了自主知識產(chǎn)權(quán)的電機驅(qū)動控制處理器內(nèi)核ME,這是完全不一樣的路線。”峰岹科技應(yīng)用部技術(shù)總監(jiān)羅薛對<電子發(fā)燒友>表示,“這樣可以降低客戶的開發(fā)門檻,幫助他們快速切入市場,但對公司研發(fā)團隊提出了更高的要求?!?br />
因為開發(fā)算法硬件化的專用芯片,不但要求研發(fā)團隊具有芯片設(shè)計能力,還需要他們對電機控制算法和電機設(shè)計技術(shù)有深厚的理解,只有這樣,研發(fā)團隊才能以電機終端應(yīng)用場景需求為導(dǎo)向,依靠電機技術(shù)的認識,將電機具體參數(shù)指標需求轉(zhuǎn)化為行之有效的電機控制算法,并將電機控制算法在芯片設(shè)計層面以硬件邏輯門電路實現(xiàn)。
峰岹科技硬件化后的內(nèi)核簡稱ME,ME內(nèi)核為其自主研發(fā)、獨立設(shè)計,具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。它專門負責處理電機控制實時任務(wù),可獨立運行,對許多信號可以并行處理,通過算法硬件化與器件集成化,實現(xiàn)較Arm系列內(nèi)核32 位MCU芯片更優(yōu)的運算速度效果。
在產(chǎn)品上,峰岹科技的電機主控芯片MCU 采用“雙核”結(jié)構(gòu),其自主研發(fā)的ME內(nèi)核專門承擔復(fù)雜的電機控制任務(wù),通用MCU內(nèi)核用于處理通信等輔助任務(wù),更好的承擔“雙核”架構(gòu)中對外交互等輔助任務(wù)。
圖:BLDC電機驅(qū)動控制芯片領(lǐng)域另種路線指標對比(來源:峰岹科技招股書)
通過對比可以看出,峰岹科技的算法硬件化的產(chǎn)品在成本、功耗、性能幾個方面均具有較強的競爭優(yōu)勢。在核心技術(shù)方面,峰岹科技也有很多積累,據(jù)其招股書介紹,截至招股說明書簽署日,峰岹科技及其子公司擁有已獲授權(quán)專利93 項,其中境內(nèi)授權(quán)專利85 項,境外授權(quán)專利8 項,其中境內(nèi)授權(quán)發(fā)明專利共計39 項;軟件著作權(quán)9 項,集成電路布圖設(shè)計專有權(quán)46 項。
其實峰岹科技成立十多年來,一直只專注于電機驅(qū)動控制領(lǐng)域,在電機主控芯片MCU/ASIC、電機驅(qū)動芯片HVIC、功率器件MOSFET產(chǎn)品線上進行產(chǎn)品延伸開發(fā),在算法硬件化、電機控制器件集成化方向發(fā)展。
近年來,為了提高電機控制芯片的可靠性、控制性能,降低控制系統(tǒng)體積以適應(yīng)BLDC電機小型化、定制化的發(fā)展趨勢,BLDC 電機驅(qū)動控制架構(gòu)由完全分立逐步向全集成模塊發(fā)展。峰岹科技緊隨市場發(fā)展趨勢,推出了相關(guān)的產(chǎn)品,實現(xiàn)了從運放、比較器到預(yù)驅(qū)動(pre-driver)到電源與功率器件MOSFET的集成。
到目前為止,峰岹科技已經(jīng)可以為終端用戶提供分立、半集成,以及全集成的解決方案,為不同終端應(yīng)用場景的靈活化、定制化設(shè)計提供了可能。
羅薛指出,峰岹科技高度集成芯片可有效降低后續(xù)應(yīng)用方案的設(shè)計難度、便于終端客戶的使用和開發(fā),降低方案整體成本,提高控制器的穩(wěn)定性和可靠性,有效降低控制系統(tǒng)體積,便于用于對體積有明確要求的應(yīng)用場景。
他特別提到,峰岹科技的電機控制專用芯片已經(jīng)在內(nèi)部集成了電機驅(qū)動控制方案所需外設(shè),如高速運算放大器、比較器、LDO、預(yù)驅(qū)動,部分芯片還集成MOSFET,大大減少外圍器件,最大程度上精簡了控制板,降低元器件所需面積?!巴ㄓ肕CU 集成驅(qū)動一般采用合封技術(shù),使得控制系統(tǒng)的可靠性降低,維護成本加大。峰岹的主控芯片可在單一晶圓上集成電源、驅(qū)動或功率器件,可靠性大大提高,有效降低整體方案成本。”
羅薛還特別強調(diào)了峰岹科技與其他廠商不同的地方,峰岹科技雖然不做電機產(chǎn)品,但是有自己的電機設(shè)計團隊,可以給電機客戶提供技術(shù)指導(dǎo),甚至幫助他們設(shè)計出符合市場需求的電機產(chǎn)品。
BLDC電機市場滲透率加快,峰岹科技在多個細分領(lǐng)域成龍頭
近年來,BLDC電機的市場熱度很高,這主要是因為隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,MCU和驅(qū)動組件的普及,使得BLDC電機的總體成本降低了很多,很多使用傳統(tǒng)電機的應(yīng)用領(lǐng)域開始大量采用BLDC電機。
根據(jù)<電子發(fā)燒友>的了解,BLDC電機在一些領(lǐng)域得到了大量的采用,比如高速風筒、高速吸塵器基本都采用了BLDC電機;家用的落地扇也在快速無刷化;抽油煙機的無刷電機采用率也在不斷提升;還有產(chǎn)量很大的電動工具領(lǐng)域的無刷化也在快速轉(zhuǎn)換。
但總體來所,當前BLDC電機的市場滲透率還較低,未來市場需求空間巨大,這為廣大的BLDC電機驅(qū)動控制芯片設(shè)計公司提供了充分的商機和發(fā)展機遇。根據(jù)<電子發(fā)燒友>的統(tǒng)計,目前家電產(chǎn)品中,大部分使用的還都是傳統(tǒng)有刷或交流電機,僅在空氣凈化器、吸塵器、電風扇等領(lǐng)域無刷電機的采用率超過了15%,其他很多領(lǐng)域都在10%以下。未來,隨著新的能效標準的實施,以及市場對高效率的需求,這些市場BLDC電機的滲透率必然會進一步提升,可能超過50%,甚至80%以上。
據(jù)<電子發(fā)燒友>了解,峰岹科技的電機驅(qū)動控制芯片產(chǎn)品在2020年BLDC電機應(yīng)用領(lǐng)域的高速吸塵器和家用直流變頻電扇領(lǐng)域市占率達到了78%,在直流無刷電動工具領(lǐng)域的市占率超過了26%;在電動車/電動平衡車領(lǐng)域的市占率也超過了27%??梢哉f,在國內(nèi)這幾十家做電機驅(qū)動控制芯片的廠家中脫穎而出,成為了事實上的國內(nèi)電機驅(qū)動控制芯片領(lǐng)域的隱形冠軍。
而隨著BLDC電機不斷替換下游各領(lǐng)域產(chǎn)品中的傳統(tǒng)電機,市場滲透率不斷提高,對電機驅(qū)動控制芯片的需求也將水漲船高??梢灶A(yù)見的是,峰岹科技的驅(qū)動芯片市場前景不可限量。
結(jié)語
峰岹科技憑借其高集成度、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢,產(chǎn)品和解決方案被境內(nèi)外知名廠商所采用,比如美的、小米、大洋電機、松下、飛利浦、海爾、方太,以及日本電產(chǎn)等廠商。按照其規(guī)劃,未來峰岹科技將會繼續(xù)根據(jù)終端市場的需求,順應(yīng)工業(yè)、汽車電子、服務(wù)機器人等新興發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域,以及白色家電、廚電、智能家電、電動工具,以及運動出行等應(yīng)用領(lǐng)域不斷推出新的產(chǎn)品和解決方案,以滿足終端更高的性能要求。
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