陳子穎　朱樺　李國豪

基于對英飛凌2021和2022財年每季度營收對比來看，自動化和驅動、家電以及電動汽車這三個領域是電機控制系統應用的主要市場增長點。這3 大電機驅動的支柱可以很好地反映全球電機驅動的發(fā)展。根據市場咨詢公司分析師的觀點以及客戶對市場的看法，認為電機驅動在2023年的增長相對平穩(wěn)。

電機驅動是功率半導體的重要應用，英飛凌的電機驅動方案覆蓋幾十瓦到幾十兆瓦的各類應用。功率半導體產品包括IGBT、SiC MOSFET、高性能的AI 處理器、用于工業(yè)4.0的無線互聯的Wi-Fi 藍牙產品、安全芯片、采用IGBT、MOSFET 和SiC的IPM智能功率模塊和高壓大電流晶閘管以及電機驅動芯片iMOTION? 等；應用領域包括大小家電、通用變頻器、伺服驅動等比較通用的工廠自動化設備、機車牽引、電動汽車等。

在應用層面上，英飛凌從家電到工業(yè)以及高端的變頻器等領域的產品也是全覆蓋的，其中家電類增加比較快的有高效制熱的技術熱泵和變頻類的大家電。就家電領域進行細化， 到2024年，家用空調變頻率會達到99%， 洗衣機以及電冰箱變頻率也會逐年提高，到2024 年也有94% 和75%（一共有6 億多臺），未來從家電市場的增長率以及家電變頻率的增長來看，其潛力相當巨大。英飛凌也對市場工業(yè)驅動的增長率進行預測，漲幅為4.8%。

1數字控制解決方案

英飛凌面向電機控制系統可提供iMOTION數字控制芯片技術。它是專用的電機驅動芯片，運用英飛凌公司長期積累的系統級know-how（訣竅），可以在單芯片上完成單電阻采樣、無傳感器的雙電機控制和PFC 控制?？蛻魺o需進行電機控制編程，開發(fā)簡單、研發(fā)周期短。主要應用于以變頻家電為主的各種電機驅動，控制對象包括壓機，風機，水泵以及通用電機。iMOTION 是一款用于調速驅動器的高度集成的產品系列，使用直流母線電流檢測或使用橋臂電流檢測，集成了無傳感器磁場定向控制（FOC） 所需的所有控制以及模擬接口功能。在整個產品系列中，SmartIPM 子系列實現了最高層次的集成。MCE、微控制器、柵極驅動器和三相逆變全橋都集成在1 個無引腳的封裝元件上，構成了1 個完整的逆變器系統。

英飛凌還面向電機控制應用提供微控制器（MCU）產品。主要優(yōu)勢包括以下幾點。

1）英飛凌在MCU 方面擁有豐富的產品線，包括PSoC 和XMC，可以全面覆蓋從家電到工業(yè)控制的電機驅動應用。

2）從應用的角度來看，英飛凌支持小家電、白色家電和工業(yè)應用的電機驅動，以及包括醫(yī)療在內的特殊場景使用的電機驅動，還包括商用車的電機驅動等，涵蓋的范圍非常廣泛。

3）從方案角度來看，英飛凌在中國有成熟的方案團隊，可以為客戶提供整套解決方案，以滿足消費家電和工業(yè)應用電機驅動的要求，包括伺服驅動和變頻器等。

4）英飛凌可以直接為客戶提供量產級的應用軟件支持，同時可以把量產級的軟件放在評估板上進行評估，從而幫助客戶在他們的系統上進一步實現更出色的性能。

隨著電機驅動的應用場景越來越廣泛，其對數字控制的要求就會更高。從微控制器的角度來講，PSoC、XMC算力和外設性能的不斷提升，可以在軟件控制端、系統控制端驅動變頻化的上升，這樣可以推動電機從老一代定頻驅動走向變頻驅動，有助于在系統層面大幅度提升電機驅動能效。微控制器配合英飛凌的IGBT 或者碳化硅功率器件共同使用，可以從硬件層面實現系統級的最高效率。英飛凌基于自身先進的工藝和長期累積的開發(fā)經驗，可以提供這種高性價比的產品。此外，高端的電機驅動需要支持更多專用的功能，比如需要支持更多的工業(yè)通信總線協議，需要支持更快的電動采樣系統等。

對于更復雜的電機驅動系統，英飛凌可提供基于自身MCU產品的高效率電機啟動算法以及FOC 算法給客戶參考。然后，客戶可以參考英飛凌的方案來設計和開發(fā)他們自己的產品。此外，英飛凌還在開發(fā)更高效率的電機驅動算法，以匹配和支持即將發(fā)布的、擁有更高算力的下一代MCU 產品，使整個系統的數字控制部分的效率得以進一步提升。

2電機系統中的功率單元

英飛凌為電機驅動應用在Easy、Econo 等模塊封裝里建立了IGBT7 全系列產品。IGBT7 是繼IGBT4 上市后一個重要的產品，它采用微溝槽技術，損耗比IGBT4低，而且允許過載時的工作結溫達175 ℃，這樣定義產品符合應用實際需求。IGBT7 的高功率密度使得應用系統的功率密度也大幅提高。譬如匯川技術采用IGBT7的伺服驅動SV660 1 kW，比采用IGBT4 的上一代產品IS620 體積減小39%。TRENCHSTOP IGBT7 和EC7 二極管技術是基于最新的微溝槽技術，使得器件損耗大幅降低，并具有更高可控性。該芯片特別針對工業(yè)電機驅動應用和太陽能逆變器應用進行了優(yōu)化，使得器件靜態(tài)損耗大幅降低，功率密度更高，同時開關軟度提高。

碳化硅對電機驅動可帶來3個優(yōu)勢，首先是功率密度的提高，其次可以采用自然冷卻，也奠定的高速電機驅動發(fā)展的基礎。SiC MOSFET 技術的誕生，使得1 200 V 以上也有了高速功率開關器件。而硅MOSFET主要應用在650 V 及以下的中低壓功率領域。除高速開關特性之外，碳化硅還具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率等特點，尤其適合對高溫、高功率密度、高壓、高頻以及抗輻射等惡劣條件要求較高的應用。功率密度是器件技術價值的另一個重要方面。SiC MOSFET 芯片面積比IGBT 小很多， 譬如100 A1 200 V的SiCMOSFET 芯片大小大約是IGBT 與續(xù)流二級管之和的五分之一。因此，在電機驅動中應用中，SiC MOSFET 的價值能夠得到很好的體現，其中包括650 V SiC MOSFET。1 200 V SiC MOSFET 是高速開關器件，可以使一些應用電路的拓撲得以大大簡化，提高系統功率密度，降低成本。

同時碳化硅也催生了封裝技術的進步，比如應用于碳化硅單管的點XT 技術和采用氮化鋁DCB 的Easy 系列功率模塊。由于碳化硅芯片的成本很高，為了提高其輸出能力，散熱就會變的至關重要，所以需要利用更新的封裝技術來實現更好的散熱，進而提升碳化硅的利用率，使系統的功率密度更高更緊湊。

3其他趨勢

在電機控制系統中，傳感器為馬達轉動以及定位提供精準感測，馬達震動異常監(jiān)測，以及在生產線中精準定位信息。傳感器采集到的數據能夠提供預測性維護功能，減低甚至避免異常組件對生產線進程的影響。就無傳感器的電機而言，英飛凌會針對啟動時間、各種應用場景下的啟動狀態(tài)、以及檢測和控制等各個方面對算法進行優(yōu)化，從而提高控制效率，讓整個系統的運行變得更加穩(wěn)定。英飛凌正在開發(fā)下一代用于邊緣計算和AI控制器的MCU。第一，該MCU產品可以在智能化的趨勢下，利用邊緣計算集成的特點來優(yōu)化在電機驅動端對AI 算法有需求的應用的支持。第二是從傳感或者工業(yè)4.0浪潮下數據采集的角度來看，英飛凌擁有高性能的藍牙產品、Wi-Fi 產品、以及藍牙和Wi-Fi二合一產品，這些無線連接產品可以和傳感器一起組成1 個數據傳輸系統，通過無線連接的方式更加智能化地實時傳輸整個系統的數據，進而提高提升整個電機系統的效率和能效。