BLDC应用兴起，MCU厂家如何应对技术挑战？

BLDC电机发展至今，已经超过50年。紧接着半导体技术的发展，MCU、驱动组件的普及，使得BLDC电机的成本降低了很多，电机的行业应用也正紧接着自动化水平的提高而不断提升，相信到2020年会迎来一大波新增长。

据<电子发烧友>统计和估算，2018年全球BLDC电机市场规模为153.6亿美元，这里的市场规模包括电机本体和电机驱动部分一起。预计未来4年将会以6.5%的年复合增长率增长，预计到2022年将会达到197.6亿美元。

BLDC市场增长的原因，与BLDC电机本身的特性密不可分，比如BLDC电机具有体积小、重量轻、噪声小、转矩特性好、启动转矩大、调速范围广、效率高，以及寿命长等特点。

当然，市场的增长离不开具体应用的推动，BLDC的应用场景有很多，目前增速比较快的应用主要有工业控制、家用电器、消费类电子、机器人、物流自动导航车、汽车、无人机等等。市场热点主要关注以下几个领域：

目前市面上可供选择的MCU有很多，但应用最多的是32位Arm内核MCU。从2018年中国市场Arm Cortex 内核MCU的累积出货排名可以看到市场份额的逐年变化趋势。

图1：2018年中国Cortex内核MCU供应商市场份额占比情况

（数据来源：IHS Markit）

根据IHS Markit最新的调研统计数字，2018年中国Arm Cortex内核MCU市场大多数份额为国际MCU厂商所占据，但好消息是中国通用MCU厂商GigaDevice（兆易创新）成功保持在了市场前三的位置，市占率达到9.4%。相比2017年而言，排名第一的STMicroelectronics占比下降1%，第二名的NXP占比下降2.8%，TOP3的GigaDevice则上升了3.6%，也显示出中国半导体发展的强劲态势。

目前机器人市场主要分为工业机器人、商用服务机器人，以及消费级机器人。紧接着机器视觉、语音识别以及深度学习等人工智能技术的发展，消费级机器人已经快速进入市场并在智慧家庭、看护陪伴等领域迅速普及。机器人产品核心部件之一就是舵机，这也是机器人中使用最频繁的部分。舵机的大小和数量决定了机器人做动作的灵活性。据估计舵机部分将会占到机器人成本的40%以上。舵机通过电位器（或其它角度传感器）检测输出轴转动角度，ＭＣＵ控制板根据电位器的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。这样的电机控制方式叫闭环控制，所以舵机更准确的说是伺服马达。

机器人舵机主要由舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位器、直流电机和控制电路板等部件组成。从图2的BLDC电机驱动框架图可以看出，每个舵机都需要一颗MCU来进行控制。

图2：BLDC电机驱动框架图

谈到兆易创新的32位Arm内核MCU产品，不得不提到量产多年，在电机控制产品圈热销的GD32F130系列产品。GD32F130 产品是兆易创新于2014年推出的基于Cortex-M3内核的MCU，为工程师提供了电机控制的主流解决方案。2017年，基于Cortex-M4内核的GD32F330产品则进一步以超值特性为成本敏感的电机控制应用开辟了道路。

2018年兆易创新又推出了基于最新Arm Cortex-M23内核的入门级产品，GD32E230和GD32E231系列MCU，片上集成了电机控制所需的多种模拟外设，包括能够输出三相互补PWM波形的高级定时器、高性能ADC、比较器和高速运放等，持续为轻量级的电机控制开发提供最优的解决方案。

紧接着中国家电行业执行5级能效标准，能效标准变得更加严格，变频电机市场开始转热。据市场机构预测，2010至2022年，家电变频电机中的半导体含量将实现8倍增长。

现在无论是我们日常生活常见的空调、洗衣机、冰箱、油烟机，还是当前普及率正在提升的洗碗机，智能吸尘器，破壁料理机等都开始实用变频电机。以正在兴起的变频冰箱为例，由于冰箱压缩机的转速决定了冰箱内部的温度，而变频冰箱压缩机的转速可根据温度来发生改变，就可以让冰箱根据当前的温度情况做出调整，让冰箱内的温度更好地保持恒定。这样，食物的保鲜效果将更好。由于变频冰箱压缩机大都选择BLDC电机，因此工作的时候效率更高，噪声更小，使用寿命也更高。