降本增效策略是万能的吗？与安森美深入探讨电机驱动与控制设计上的挑战

从电器到汽车，从工厂到基础设施，电机无处不在。而随着节能减排成为全球不可逆转的发展趋势，提升电机能效显得愈发关键。研发工程师需要不断在提升能效、降低能耗、提高可靠性、减少元件数量等方面来进行设计考虑。安森美认为开发先进的控制算法，采用新型高效电机结构，并引入现代半导体技术是提升电机驱动与控制系统性能的有效手段，并在身体力行地推动能源绿色低碳转型。

本期电源网高端访谈邀请到安森美现场应用工程师Tom Huang，安森美模拟与混合信号事业部中国区市场经理Jagger Yan，安森美模拟与混合信号事业部业务拓展高级经理Henry Yang一起深入探讨在提升电机驱动与控制系统的性能上，安森美的重点是什么？市场竞争力的电驱方案？公司在电动汽车高效电机等相关领域有何具体规划？如何在中国开拓新客户？在机器人市场的运营支出和新品研发投入上采取了哪些措施和部署？核心产品包括哪些？安森美如何助力打造可持续发展的未来？等工程师关心的问题。

电源网：在提升电机驱动与控制系统的性能上，安森美的重点是什么？

安森美现场应用工程师Tom Huang: 如今，电机约占全球电力消耗的一半，而且这一比例还在不断增长。随着全球减排力度不断加大，我们认为提升电机能效显得愈发关键。为此就需要开发先进的控制算法，采用新型高效电机结构，并引入现代半导体技术。

相较于传统的节流控制 (Throttle control)，采用变频驱动 (VFD) 的工业驱动系统能效更高。借助现代半导体和新型电机架构，电机驱动器的能效和寿命可得到提升。安森美 (onsemi) 提供各种各样的 VFD 产品，包括 MOSFET、IGBT、二极管、功率集成模块 (PIM) 和智能功率模块 (IPM)，也提供子系统中使用的其他器件和技术，包括：栅极驱动器、运算放大器、位置传感器、温度传感器，以及其他用于控制和感知的器件。

更高性能功率半导体器件的导入，例如碳化硅 MOSFET的发展，它提供了更高的开关频率、更低的导通和开关损耗，从而提高了电机驱动系统的效率和功率密度。另外，由于这些功率半导体器件可以支持更高的开关频率，这使得可以设计更小的组件尺寸从而减小系统的体积和重量。而更低的导通损耗和开关损耗，则可以提高电机驱动系统的效率，减少了热损耗，同时也减轻了散热系统的设计难度，因此电机控制系统可以在更小的封装内提供更大的功率，功率密度得到显著提升。安森美是领先的功率器件厂商，能够提供适用于目前电机驱动应用的各种功率半导体解决方案。安森美也是唯一能提供从碳化硅衬底到模块的端到端供应商。凭借我们的碳化硅产品整合的端到端供应链和领先市场的效率，我们为客户提供所需的供应保证，以支持未来快速增长的市场。

电源网：安森美有哪些产品能够提供具有市场竞争力的电驱方案？

安森美现场应用工程师Tom Huang: 安森美提供广泛的电机驱动相关解决方案，包括电机控制器及变频驱动(VFD)产品，如MOSFET、IGBT、二极管、PIM和IPM，用于各种电机驱动器以提高能效和控制精度。MOSFET必须由栅极驱动器来驱动，集成多种特性的单片三相栅极驱动器正在兴起，并成为发展趋势。例如驱动器NCD83591是工业应用的理想之选，工作电压范围5-60V，FET恒流驱动，电流最高可达250mA，优化的物料单(BOM)成本，易于使用。

安森美提供基于屏蔽栅极沟槽技术的 MOSFET（30V 至 150V），例如基于 T10 技术的全新 30-40V 和 80V MOSFET 支持低压与中压应用，适合于电机控制。用于电机控制的 T10M 器件提供出色的导通电阻，UIS 能力提高 10%，并具有优异的体二极管软恢复性能，可降低电压尖峰并解决 EMI 问题。对于高功率应用中的三相 BLDC 电机，安森美推荐使用基于 PTNG 技术的 MOSFET（80V、100V、120V和150V），其中100V和150V电压等级，Power88封装的NTMTSC1D6N10MC、NTMTSC4D3N15MC，Toll封装的NTBLS1D5N10MC  MOSFET 可满足高性能应用的要求。

值得特别一提的是，在1200V平台，安森美近期新推出的采用了新的场截止第7代(FS7)绝缘栅双极晶体管(IGBT)技术的1200V SPM31智能功率模块，电流能力覆盖15-35A，与市场上其他的解决方案相比，该产品具有更高能效、更小尺寸，以及更高功率密度等特点，从而使总体系统成本更低，非常适合三相变频驱动应用，如热泵、商用暖通空调系统以及工业泵和风扇等。

安森美也提供电机驱动的demo方案，例如使用新一代的NFAM5065L4B 模块，整合旗下DC-DC Convert , Aux Power PWM IC , OPA & LDO元件，推出高能效低功耗4KW 工业马达驱动器方案，适用于各式交流感应马达，如PMSM、BLDC 等，为业界找寻高效率低功耗马达驱动器，提供一个优质选择。

安森美模拟与混合信号事业部中国区市场经理 Jagger Yan: 精密的电机控制还取决于对电机位置的精准检测，安森美的NCS32100双电感式旋转位置传感器，具备与高端光学编码器相媲美的高精度与高转速性能。使用这种传感器对于制造业意味着更精密的运动控制、更准确的质量检测以及更高效的生产线监控，有助于提升制造过程的可靠性和生产效率。在汽车行业，高精度传感器可以支持更高级别的自动驾驶功能，如精确的转向控制、车辆动态管理及刹车系统精确度提升。

电源网：面对中国智能汽车市场的巨大市场，公司在电动汽车高效电机等相关领域有何具体规划？在中国开拓新客户，安森美将如何做？

安森美现场应用工程师Tom Huang:安森美正加速推动相关的新技术变革，以高度差异化的创新产品组合，在电动汽车高效电机驱动，例如主驱逆变器、辅助系统如空调压缩机、油泵和水泵等方面，提供一系列高性能、高效率的解决方案，助力推动电动汽车技术的发展。

在主驱逆变器中，安森美提供了多种车规级的碳化硅（SiC）功率器件和模块，这些产品以其高效率、高耐温和高功率密度而著称。例如通过SiC MOSFET芯片技术创新降低成本，平面栅SiC MOSFET迭代至M3e，元胞结构改变且长度缩小65%，结合晶圆减薄降导通电阻。M3e在平面架构上降低导通和开关损耗，与前代相比，导通损耗降30%、关断损耗降50%，具低导通电阻和短路能力。结合先进封装技术，可提升主驱逆变器输出功率20%，或减少20% SiC用量。

对于辅助系统，如空调压缩机、油泵和水泵的驱动，安森美也提供了优化的解决方案，例如T10 是安森美继 T6/T8 成功之后推出的最新技术节点。新的屏蔽栅极沟槽技术提高了效率，降低了输出电容、RDS(ON) 和栅极电荷 QG，改善了品质因数。T10-M 采用特定应用架构，具有极低的 RDS(ON) 和软恢复体二极管，专门针对电机控制和负载开关进行了优化。另一方面，T10-S 专为开关应用而设计，更加注重降低输出电容。虽然会牺牲少量的 RDS(ON)，但整体效率更好，特别是在较高频率时。

汽车功率模块APM17是一系列集成 80V MOSFET 模块，提供多种封装，专为 48V MHEV 和低压主驱应用的大电流、高功率密度需求而设计。三个模块可以配置为驱动三相或六相电机，每个 APM17 模块由 2 个高边和 2 个低边 80V MOSFET 组成，通过组合 2 个相输出电源端子，这些 MOSFET 可以连接为双半桥或单半桥。

而针对400 V和800 V系统，安森美分别有650 V和1200 V的汽车智能功率模块ASPM，符合AQG324车规，可以根据客户的功率需求集成多个大电流的IGBT，布局上非常紧凑以减小整个模块的寄生电感，还能内置缓冲电路以改善EMI特性，可以选择合适的Rg优化di/dt和dv/dt，热阻非常低，内含隔离层，能实现较高的功率密度，且集成度非常高，内置门极驱动器、续流二极管，并具有过流关断、温度监测、欠压保护、故障输出等保护功能。

在中国开拓新客户方面，安森美的策略包括：

建立联合技术应用实验室：安森美在中国与多家客户建立了联合技术应用实验室，确保差异化的产品内嵌到客户的路线图，让客户无缝地访问安森美技术。

长期供应协议：为客户提供多年的供货保证，形成多年供货的保证，实现双赢。

支持国内主机厂客户的产品快速研发上市：安森美有完善的商务和技术支持团队来支持中国传统和新能源OEM的需求，同时在国内的两大模块生产基地可以配合OEM的产能爬坡需求。

提供全面的解决方案：安森美提供包括SiC器件及专用驱动、配套的评估板/套件、SPICE模型和仿真工具、参考设计、选型指南、应用手册及其他设计支持，以加速客户的产品开发和上市时间。

电源网：面向日渐火热的机器人市场，公司在运营支出和新品研发投入上采取了哪些措施和部署？核心产品包括哪些？

安森美模拟与混合信号事业部业务拓展高级经理 Henry Yang: 安森美创建了一个智能移动机器人方案，框图如下所示，核心产品包括：

· 运动控制、驱动，安森美为VFD方案提供了众多分立产品例如MOSFET、IGBT、栅极驱动器、二极管等，以及PIM和IPM模块，减少器件数并节省空间，其中采用顶部散热封装TCPAK57的MOSFET降低PCB温度，提高热性能和空间利用率；

· 用于CPU的通信、EEPROM，如10Base-T1S以太网控制器NCN26010，高抗噪性，高效率，低功耗，长距离连接，更低的安装和维护成本；蓝牙低功耗RSL15实现超低功耗互联和安全加密保护措施；

· 用于感知的位置传感器、图像传感器、超声波传感器、激光雷达，如电感式检测NCS32100，可在高速 (6,000 RPM) 下提供高精度 (+/- 50 角秒)；安森美的XGS和PYTHON图像传感器领先行业，在工业机器人细分市场占有重要的市场份额，全系列量产的低功耗、低噪声 XGS 系列高性能图像传感器，具有通用的分辨率，并提供多个易于使用的开发平台，全面支持机器人设计人员快速实现最先进的相机设计，以及经济型的AR系列适用于大部分传统的工业检测、自主移动机器人、工业扫码、双目深度测量等，搭配图像信号处理器做了相应的方案，帮助客户加快开发；

· 用于电池充电器的PFC和LLC转换器，如无桥图腾柱PFC控制器NCP1680/1681，用有源开关代替二极管，从而降低了损耗，是大功率应用的首选；

· 用于电池和电源系统的电池管理、DC-DC，以及智能保护如efuse NIS3071提高效率和可靠性，并减少机器人停机时间。

电源网：随着安森美不断提高产品性能和制造产能，安森美如何助力打造可持续发展的未来？

安森美模拟与混合信号事业部业务拓展高级经理 Henry Yang: 可持续发展是所有市场的共同主题，智能电源和智能感知是关键的赋能技术，特别是汽车功能电子化及电动车、先进驾驶辅助系统/更高级别的自动驾驶及先进安全、能源基础设施和工厂自动化等大趋势加速发展，将极大加速全球达成可持续发展的永续目标。

安森美的主攻方向智能电源与智能感知两大方向：在智能电源方面，可持续发展成为电源高能效的需求驱动力，助力加速汽车、工业等各个方面的电气化和自动化发展演变；在感知层面，汽车业通过智能感知的技术可加快L2级以上自动驾驶的步伐，而工业自动化可获得更高的产出效率。安森美一方面将顺应中国发展大趋势，推动智能电源和智能感知技术的发展，持续关注汽车功能电子化、自动驾驶、机器视觉、工厂自动化、5G、云电源服务器、AI领域。另一方面将持续发挥价值，与中国的战略客户建立联合实验室，提供更加智能和高度差异化的产品。公司将对中国的制造基地进行优化升级，以顺应新能源汽车、工业等行业的大趋势。与此同时，安森美也会积极支持中国的2030碳达峰、2060碳中和等目标的实现。