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近年来，政策端对电机节能降耗的要求日益提高，如《电机能效提升计划》（2021-2023年）的发布，而无刷直流电机（BLDC）是由直流电力驱动的永磁同步电动机，具有高可靠性、高效率、低振动、低噪音、高转矩密度、节能降耗的性能优势，深度满足了下游应用领域对节能减排的迫切需求。
同时，在BLDC电机的控制技术日益成熟、上游半导体组件成本逐渐降低的发展背景下，BLDC电机市场规模快速增长，在智能小家电、电动工具、白色家电、数据中心、工业、汽车等下游终端领域的渗透率不断提升。
图源：国海证券
根据Precedence Research数据，2023年全球BLDC电机市场规模达到20.07亿美元，预计2022年-2032年的年复合增长率为5.27%，保持长期增长的态势。另外，分地区来看，根据Grand View Research数据，亚洲BLDC电机市场规模占全球比例高达47%，居全球首位，其次是美国和欧洲占比分别为21%和19%。亚洲国家中，日本拥有很多知名的BLDC电机企业，如尼得科、三洋电气、松下、美蓓亚等；而国内虽然起步较晚，但也涌现出很多BLDC电机厂商，如大洋电机、卧龙电驱、鸣志电器、德昌电机等。
BLDC电机的半导体驱动方案包括微控制器、驱动芯片、功率器件，以及反馈回路等器件，通常有4类解决方案：传统的驱动方案是微控制器+栅极驱动+功率器件，三部分是分开的；较为主流的是将栅极驱动集成在微控制器中，再加上功率器件；也有将栅极驱动和功率器件集成为IPM的，即微控制器+IPM；还有一种就是将微控制器、栅极驱动、功率器件三者都集成在一起，做成一个SOC，直接驱动BLDC。
目前本土半导体厂商在BLDC电机的半导体解决方案方面取得了显著进展。本文与非网详细梳理了9家本土半导体厂商在BLDC领域的解决方案：
峰岹科技
峰岹科技专注于高性能电机驱动控制芯片的设计和核心应用控制算法的研发。公司自主研发了电机控制芯片设计技术、电机设计技术、驱动架构、传感器技术及电机矢量控制算法等，并在电机主控芯片MCU/ASIC、电机驱动芯片HVIC、功率器件MOSFET产品线上进行产品延伸开发，公司提供从分立到全集成的芯片设计方案，满足不同终端客户应用需求。
电机主控芯片MCU/ASIC：峰岹科技推出了集成“高速电机控制引擎”和“8051内核”的双核电机控制器FU68系列，与多数电机驱动控制芯片厂商采用Arm内核架构不同，峰岹科技从底层架构上将芯片设计、电机驱动架构、电机技术三者有效融合，用算法硬件化的路径，在芯片架构层面实现了复杂的电机驱动控制算法。内部集成高速电机控制引擎、Predriver、LDO、运放、比较器、高速ADC及高速乘除法器，内置CRC、SPI、I2C、UART、多种TIMER、PWM等功能，降低方案整体成本、缩短开发周期，适用于方波、SVPWM、FOC控制。
电机驱动芯片HVIC：峰岹科技推出一系列栅极驱动芯片，该系列产品适用于电机驱动、DC-DC转换器、DC-AC逆变器、D类功率放大器等多种不同应用领域。具有过压保护、欠压保护、直通防止及死区保护等功能；对比传统产品，峰岹产品门/栅极驱动能力更强，有助于降低系统的开关损耗，减小系统发热量；提升系统效率，同时能帮助客户有效节省系统成本。
功率器件：针对电机驱动市场，峰岹科技专门推出反向恢复时间（Trr）短、耐高压的MOSFET系列产品，广泛适用于消费类和工业类电机驱动系统。其优异的开关性能有助于降低系统整体发热，实现高效率与低损耗，拥有极高的性价比，在节省电路板空间的同时，能使电机驱动控制整体方案达到成本最优。
纳芯微电子
纳芯微电子作为本土高性能高可靠性的模拟及混合信号芯片公司的代表，在汽车电机驱动芯片领域进行了深入的布局，以新能源汽车热管理应用为例，重点布局了电机驱动的SoC产品。
NSUC1610是一款针对BLDC电机的驱动芯片，支持峰值电流为1A的应用场景。采用Arm Cortex-M3内核的处理器，集成预驱功能；集成LIN总线物理层、小功率MOS管阵列、DAC和双路温度传感器；可由12V直接供电，支持40V短时过压承受；满足Grade 0车规认证，温度区间为-40°C-150°C，结温可达175°C；满足CISPR25 class 5 EMC标准。
该产品主要面向本地化控制驱动集成。如电子水阀和电子膨胀阀应用中与阀类实现集成，在主动进气格栅中与AGS实现集成，在HVAC控制中，与风门电机集成等。
NSUC1602内部集成Arm Cortex-M3处理器和三相预驱电路，支持FOC矢量控制和无感六步换相控制算法；提供精确高效的电机温度管理，优化电源管理方案，简化系统设计；集成高精度ADC、DAC、比较器、反电动势比较器等模块，支持SPI通信接口和窗口看门狗功能；具备内置两路温度传感器进行过热关断保护，满足AEC-Q100 Grade 0可靠性认证，晶圆结温可达175℃；低功耗休眠模式，工作电压范围为5.5V~28V，功耗小于50μA。
NSUC1602相比于NSUC1610，针对更大功率、大电流需求场景，广泛适用于BLDC和BDC电机控制领域。如汽车电子水泵、冷却风扇和空调鼓风机等高效温控电机控制，以及座椅调节、电动天窗、尾门控制等需要高效动力传输的电机控制系统等。
另外，纳芯微电子也有单独的电机驱动芯片NSD系列，主要是NSD8381、NSD8308等车规级产品。其中NSD8381具有宽工作电压、高电流、可编程多种细分模式等多种特性，专为头灯步进控制、抬头显示位置调节电机、HVAC风门电机以及各类阀门的驱动控制而设计，具备出色的性能和稳定性。
灵动微电子
SPIN系列MCU专为电机应用设计，亦可应用于通用场景。该系列包含驱动MCU、预驱MCU以及专用MCU系列。
驱动MCU：其中MM32SPIN023C是灵动MindSPIN旗下高性能的单电机控制SOC产品，采用Arm Cortex-M0内核，集成了电机控制所需的专用模拟外设，包括12位高精度ADC、2路模拟比较器COMP、2路运算放大器OPAMP、MOSFETs三相驱动电路以及6个MOSFET，另配备有MC-TIM、硬件除法器HW-Div、DMA控制器等专用资源，以及32KB Flash、4KB SRAM、14个GPIO、LDO等基础资源。适用于小风机、小水泵、冰箱风机、伺服舵机、云台等应用。
预驱MCU：其中MM32SPIN580C是灵动MindSPIN旗下预驱MCU产品，采用Arm Cortex-M0内核，5V输出的LDO稳压器、三组具备有自举二极管的N通道半桥栅极驱动器。最高工作频率可达96MHz，内置高速存储器，丰富的I/O端口和外设连接到外部总线，包含2个12位的ADC，采样速度高达3 Msps，具有5个通用定时器、2个针对电机控制的PWM高级定时器。适用于园林工具、服务器冷却风扇、60V以上电池供电产品等应用。
专用MCU：针对电机应用设计。该系列MCU搭载Arm Cortex-M0内核，集成UART、I2C、SPI、CAN、I2S等数字通信外设，芯片内部集成OPAMP、COMP、高速ADC、电机专用PWM模块，多种封装型号可供选择。
图源：灵动微电子
旋智科技
旋智科技基于多年的电机控制经验，研发出多种不同集成度的面向电机控制应用的高性能芯片，包括控制器CPU，集成高压驱动的片上系统以及全集成的片上系统。
控制器CPU：其SPC2168产品基于先进的混合信号架构设计，采用两个Arm Cortex-M4内核，配备同类最佳的模拟前端、数字信号处理以及运动控制专用外设和安全机制，两个CPU内核均可以按最高200MHz时钟频率运行复杂的控制算法。还采用了两项创新技术：一个是提高代码安全的多区域安全保护；另一个是类似于FPGA但性价比更高的可灵活重定义的IO技术，可以根据各种应用需求将芯片管脚配置为不同的外设IO。该产品是电机控制应用的理想平台。
集成高压驱动的SoC：其SPD1163产品内置32位高性能Arm Cortex-M4内核，最高200MHz的软件可编程时钟频率。还集成了一个具有600V电压处理能力的3相预驱，用于驱动外部MOSFET或者IGBT。所有6个预驱通道均具有欠压锁定功能。在控制器CPU的基础上，集成驱动和电源管理，提升集成度，方便客户的应用设计。
全集成的SoC：其SPM1173Z产品采用Arm Cortex-M4内核，集成了600V的预驱动和600V/2A的MOSFET，具有12路PWM通道，在集成高压驱动的片上系统基础上，更进一步集成功率MOSFET，提升集成度，方便客户的应用设计。
芯旺微电子
芯旺微电子是一家基于自主研发的 KungFu指令集和内核架构，以研发高性能数模混合信号MCU产品为主的芯片设计公司，同时向用户提供完整软硬件工具链系统，实现了从MCU芯片到基础软件生态的全覆盖。
芯旺微电子的KF32系列产品具有32位高性能KungFu32内核，工作频率最高为120MHz，软件可调节；EPWM针对电机/电源优化，具有16位PWM，支持皮秒级HR分辨率；ECCP针对电机/电源优化，具有16位PWM，最高分辨率8.3纳秒@120MHz；ADC模块针对电机/电源优化，具有12位最高分辨率1MSPS；PGA针对电机/电源优化，支持>10MHz高带宽，高速差分可编程运放；CMP针对电机/电源优化，高速且可编程。该系列产品广泛应用于空调变频压缩机、无人机、风机、水泵、吸尘器、轮毂电机、伺服控制器等领域。
图源：芯旺微电子，基于KF32F3xx的BLDC电机Foc控制方案
华芯微特
华芯微特基于Arm Cortex-M0、Cortex-M4、安谋科技“星辰”STAR-MC1内核，面向电机控制、TFT-LCD控制、白色家电、智能控制和工控仪表等领域，推出了多个系列的MCU产品。
其电机MCU专为电机应用设计。该系列包含普通和集成预驱MCU，集成预驱包含P+N，N+N不同类型，适应落地扇，水泵，强排，高压吊扇，空气净化器、高速吹风机、高速吸尘器、电动工具、压缩机等不同的应用场景。
公司电机MCU产品SWM201、SWM211、SWM341采用Arm Cortex-M0或安谋科技“星辰”STAR-MC1内核，工作主频范围在60MHz-150MHz，Flash规格分别为：32KB/64KB/512KB，SRAM规格分别为：8KB/64KB，封装采用28/28/64/100 多种引脚和封装形式，这些电机MCU具备高可靠性、低功耗、代码密度大等突出特点。其中SWM201的集成度较高，除了可以硬件加速、具有运放、比较器外设功能外，还叠封N+N、N+P预驱。
图源：华芯微特
兆易创新
兆易创新提供了多种BLDC电机控制解决方案，涵盖了不同性能和成本需求的应用场景，多种PWM调制技术、多种电流采样方式，多种有感、无感转子位置、速度回馈方式，还具有硬件电路自检和多种电机保护功能，终端用户都可以根据需求选用。
强算力型需求：GD32H757、GD32F427、GD32E507、GD32F407等MCU系列产品可以匹配用户设计需求，能提供高动态性能FOC，同时匹配多种实时通讯需求，能够同时控制双BLDC/PMSM, 支持多种无感算法。
成本敏感型需求：GD32E230、GD32F330、GD32F310等MCU系列产品能提供FOC矢量、方波在内的最具性价比的控制设计方案。
主流需求：GD32F303、GD32E103、GD32VF103等MCU系列产品满足主流的电机控制需求，包含FOC矢量控制、单电阻电流采样、同时控制电机+PFC、无传感器算法在内的设计。其中GD32VF103系列是业界首颗基于RISC-V内核的电机控制MCU，适用于成本敏感和性能要求较高的应用。
另外，GD32303R-BLDC Demo Suites：是无刷直流电机使用方波控制算法的演示套件，可以进行电机的转速、母线电流的双闭环控制，可以帮助客户更快、更好的使用GD32MCU进行无刷直流电机方波控制。演示套件使用24V供电，额定电流为2A，可控制配套的无刷直流电机转速达到5000rpm。支持GD32F30x、GD32F3x0、GD32F4xx、GD32VF103多系列MCU。
国民技术
国民技术在BLDC电机领域提供了一系列高效能的解决方案，主要通过其电机控制MCU产品实现，其提供的开发套件支持多种算法选择，具有标准的固件访问接口和多重保护机制，便于开发者快速搭建电机控制平台。
N32G455系列：这款高性能多FOC电机应用的MCU采用32位Arm Cortex-M4F内核，支持浮点运算和DSP指令，具有高达512KB的片内FLASH和144KB的SRAM。它集成了多达17个高性能模拟器件和18个数字通讯接口，适合用于各种BLDC电机控制应用，如空调、无绳吸尘器等。该系列还具备安全特性，包括Flash安全存储和加密下载等功能。
N32G435系列：该款MCU是业内首个内置硬件密码加速引擎的32位通用MCU，具有低功耗和高性价比的特点，适用于智能家居设备和工业电机应用。它支持多种电机控制方式，能够有效降低方案的BOM成本。
沁恒微电子
沁恒微电子在BLDC电机领域提供了一系列的半导体解决方案，涵盖了电机控制芯片、电机驱动算法架构等关键技术。以下是沁恒微电子在BLDC电机解决方案方面的一些亮点：
CH641控制方案：该款MCU针对小型化、轻量化电机驱动发展趋势，集成专业预驱芯片，支持12V I/O直驱MOS，支持USB PD及Type-C快充功能。它采用自研青稞RISC-V2A内核，无需支付第三方处理器授权费和提成费。该方案支持基于反电势检测的无感方波控制，转速闭环控制，以及完善的安全保护机制，如堵转、过压、欠压、过流、过载等保护，并提供可定制的完整量产方案。
CH32系列电机控制方案：基于RISC-V和Arm Cortex-M3内核设计的工业级32位通用MCU，广泛应用于工业控制、消费电子和家用电器等领域。该系列MCU具有高速运算能力，支持硬件压栈和硬件除法器，集成多个高级和通用定时器，内置多路高速双ADC和模拟运放，使其在电机控制应用领域有着较好的性能优势。支持多种电机的调速控制或位置控制，包括永磁同步电机（PMSM）、无刷直流电机（BLDC）、直流电机（DC）、开关磁阻电机（SRD）、感应电机（IM）等。同时，支持FOC控制、方波等无感控制方案，支持HALL、增量编码器等多种有感控制方案。
写在最后
BLDC电机在下游应用领域的快速发展和自身性能优势的推动下，市场规模稳步增长。半导体方案商通过提供集成化、智能化、高能效的解决方案，推动了BLDC电机技术的进步和应用的拓展。未来，随着国产替代化的加速和技术创新的突破，本土厂商的BLDC电机半导体解决方案将面临更多的发展机遇。
