1 电机控制三大趋势解析
电机控制领域有三大主要趋势，它们呈现出并驾齐驱的态势。这三大趋势分别是：提高能效（绿色倡议）、完善功能安全（最早适用于家电应用，现在应用范围已扩大），当然还有一直以来的降低成本趋势。无论对消费者、Microchip 还是整个世界而言，这三大趋势都极为有利。
据估计，电机控制所消耗的电力约占全球电力产能的三分之一。随着能源成本的不断增加，电机控制自然而然成为了提高效率的目标。这就促使应用从BDC 演变为BLDC 再到PMSM，最终发展至IPM 电机，以便在消费品、工业和数据中心应用中实现更高的能效。甚至在汽车领域，提升燃油效率或延长电动汽车（EV）一次完全充电的行驶距离，这样的趋势，也在推动从低成本BDC 到高效BLDC 电机的转变。
当然，这也意味着控制算法必须改变才能保持同步。作为BLDC 电机的简单六步换相或交流感应电机（ACIM）的伏特/ 赫兹算法的替代，您需要使用磁场定向控制（FOC）算法来运转这些电机，这种算法可优化电机的转矩输出，从而最大限度地提高能效。
现在，即便使用标准FOC 算法也不足以满足要求。例如，有一种适用于FOC 的附加算法，可最大程度提高每安培的转矩（MTPA）。这种算法用于IPM 电机。FOC 中加入了另一项功能，称为零速/ 最大转矩（ZS/MT），可在启动或低速状态时最大程度提高电机转矩。它有助于从霍尔传感器转向FOC。幸运的是，Microchip 的电机控制应用工程师们擅长帮助客户在应用中实现此类高级FOC 解决方案。
功能安全这一趋势始于家用电器，但在大约10 年前，随着ADAS应用的开发，汽车领域也开始重视功能安全，很快医疗应用也对安全性提出了很高要求。家电和工业应用均需符合IEC 60730 B 类设备的要求。在汽车领域，该规范称为ISO 26262 ASIL B、C或D。而对于医疗应用，则适用于IEC 61508 SIL 2/SIL 3 规范。
这些功能安全规范在不断发展演变。他们在开始时需要利用软件诊断程序或硬件电路来发现可能造成人身伤害的故障。现在，他们将安全性贯穿于整个设计过程（甚至包括公司的组织形式），以此来控制电气元件的开发过程，为这一流程提供支持。Microchip 现在根据此ISO 流程设计出新的电机控制芯片，并向客户提供功能安全诊断库和用户指南等附加产品，帮助他们实现安全合规性。
降低成本是第三大趋势，它既没有开始，也不会结束。客户希望有能够以最低价格满足其需求的选择，而制造商理所当然地希望将其利润最大化。像Microchip这样的半导体制造商，其最终目标是推动技术几何结构逐渐变小，增加每个硅晶圆上的管芯数量，从而在竞争中取胜。
这必然是一个艰难的过程，但也有很多好处。采用的技术越新，制作出的新芯片的性能水平就越高，闪存程序存储器和数据SRAM 存储器就越大，数字和模拟外设的功能也更强，这不仅完善了电机控制本身，同时还提高了整个应用的功能性。凭借新的特性和功能、更高的运行效率和更强的功能安全性以及比以往更低的价格，助力客户取得成功。
2 工程师在开发中遇到的困难
电机控制应用开发的主要困难之一是需要一个设计出色的电机控制开发板。它必须能够处理电机产生的电压和电流，并且镀铜层要足以吸收由MOSFET 在高频（通常为20 kHz）下开关产生的热。既不能将其用金属线缠绕，也不能接到电路试验板上。
几年前，我去拜访了一家客户，他们当时正尝试对低电压电子换相风扇电机产品进行调试。可以启动电机和风扇，但运转几秒后就会停转。客户连上了调试器，试图找出发生的问题。结果发现，我们的dsPIC?电机控制DSC 上的CPU 由于在客户代码中的随机位置执行了非法指令而停止。他们希望我能帮助找出电机控制芯片出了什么问题。
我到达时，本打算去一个实验室，但却被带到一间普通的会议室，他们在那里运行电机。令我惊讶的是，他们没有使用PCB（印制板），而是将dsPIC 电机控制DSC 和逆变器组件安装到了电路试验板上，并在周围布满了跳线来连接电路。
由于未使用具有合适接地层的真正PCB，电机产生的电气噪声被耦合到了电机控制器芯片中，导致数据遭到破坏，而这一错误被非法指令异常陷阱所捕获。工程师们认为，调试电路后再进行布线及生产PCB 可以节省时间。
电机控制和数字电源应用也可能比其他类型的嵌入式控制更加危险。当然，这取决于您执行的电机控制类型。如果只是用于消费类玩具或汽车应用的简单低电压BDC 电机，那么它在开路控制中旋转并不困难，也没有足够的功率消耗从而造成麻烦。
但是，我们所看到的大多数客户应用都是针对三相BLDC 或PMSM 电机控制。这些可以是用于汽车的低电压12 V 电机。商业应用通常使用更高的电压，例如用于钻头或其他电动工具的电压为18 V，而工业机械和泵则通常使用24 V 电压。我们还曾将96 V 电机用于踏板车。
您还需要考虑这些电机可能消耗的电流。它们的电流可以低至几安培，但也可以高很多。例如，电钻可以在不到1 s 的时间内从电池组中消耗100 A 的电流。即便我们以一个较小的电流为例，比如10 A。在12 V 电机上，这相当于120 W的标称功率，并且可能高出很多！
在电机控制中有这样一种情况，电机正在快速旋转，而您决定快速使其减速。有时将这种情况称为四象限控制。这种情况下，会产生大量能量，流过逆变电路的高电流导致电压为正常电压的两倍，而您知道此电路无法处理如此大的功率。您会发现MOSFET 可能会变成烟花，然而这可不是应该兴奋的事情，并且您肯定不希望在发生这种情况时站得离电路板太近。
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