“雙碳”、“減排”背景下的電機(jī)控制系統(tǒng)能效提升思考

何國祥

隨著“雙碳”、“減排”越來越受重視，作為耗電大戶的電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用正朝著高效化、高頻化、小型化、智能化方向發(fā)展，受可靠性、可維護(hù)性、用戶體驗影響，BLDC（無刷直流）/PMSM（永磁同步電機(jī)）/SRM（開關(guān)磁阻電機(jī)）電機(jī)將持續(xù)替換有刷電機(jī)，市占率將進(jìn)一步提升。

電機(jī)控制系統(tǒng)能效提升的關(guān)鍵在于“一升一降”，一升是指從提升電機(jī)FOC（field-oriented control，磁場導(dǎo)向控制）控制算法在高/中/低速的PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)制及載波頻率自適應(yīng)控制策略，一降是指盡可能地降低功率器件損耗以及待機(jī)功耗。電機(jī)更高效，就要求MCU（微控制器）算力更強(qiáng)，ADC （模數(shù)轉(zhuǎn)換器）采樣速度更快，集成多路軌對軌模擬運(yùn)放、比較器、門級驅(qū)動。電機(jī)更智能，則要求MCU具備雙核或多核，其中一個內(nèi)核用于電機(jī)控制，其他內(nèi)核用于深度機(jī)器學(xué)習(xí)及AI（人工智能）辨識算法，通過分析當(dāng)前電機(jī)系統(tǒng)長時間運(yùn)行電流波形數(shù)據(jù)，自適應(yīng)優(yōu)化電機(jī)控制參數(shù)，降低動態(tài)損耗，提升整機(jī)效率，為產(chǎn)品全生命周期保駕護(hù)航。

通過深度機(jī)器學(xué)習(xí)，AI辨識算法可以在一定程度上提升電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行效率，那應(yīng)該如何獲取對應(yīng)的樣本呢？通過英飛凌AIROC Wi-Fi（無線保真）將電機(jī)控制系統(tǒng)連接上網(wǎng)，通過OPTIGA Trust M加密之后，傳給電機(jī)控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程AI服務(wù)器，通過對諸多樣本歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)及分析，給出更優(yōu)的控制策略，再回傳給電機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品全生命周期性能，同時也為客戶在電機(jī)系統(tǒng)功能迭代設(shè)計提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。

在家電應(yīng)用領(lǐng)域，英飛凌有長達(dá)40年的變頻電機(jī)控制經(jīng)驗，針對全直流空調(diào)、變頻冰箱及冷柜、變頻波輪及滾筒（BLDC/DD）洗衣機(jī)、變頻吊扇及風(fēng)機(jī)、高速吹風(fēng)筒、掃地機(jī)器人、變頻水泵等電機(jī)控制領(lǐng)域，提供一站式量產(chǎn)級方案。FOC矢量控制算法是電機(jī)控制的核心，英飛凌不僅實現(xiàn)了實時電機(jī)參數(shù)測量、實時電機(jī)溫升檢測、自適應(yīng)載波控制、自適應(yīng)電流啟動、無定位預(yù)閉環(huán)啟動、高頻注入啟動等電機(jī)底層控制算法，而且在系統(tǒng)級實現(xiàn)了不平衡檢測、智能電子稱重、不停機(jī)正反轉(zhuǎn)、逆風(fēng)1 000 RPM啟動等特色算法。客戶只需修改電機(jī)及系統(tǒng)保護(hù)參數(shù)，即可快速將電機(jī)運(yùn)行起來，再融入個性化的產(chǎn)品控制邏輯策略，即可完成一個全新且可靠的產(chǎn)品研發(fā)，方便快速占領(lǐng)市場。

在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，伺服系統(tǒng)的高精準(zhǔn)度及高快速響應(yīng)正好符合現(xiàn)代化工廠的需求，這將會促使伺服行業(yè)在未來一段時間內(nèi)爆發(fā)，英飛凌XMC 7 000系列MCU、XENSIV磁傳感器、電流傳感器、3D TOF測距傳感器將助力伺服系統(tǒng)能效進(jìn)一步提升。

降低功率器件損耗以及待機(jī)功耗，是“一升一降”的另一半，電機(jī)變頻化是實現(xiàn)高能效標(biāo)準(zhǔn)的重要手段，同時也提高家電的性能和使用的便利性和舒適性。變頻需要功率變換，降低電機(jī)和驅(qū)動器的損耗非常重要。英飛凌一直致力于低損耗的功率半導(dǎo)體和解決方案的開發(fā)，把最新的IGBT技術(shù)，SiC技術(shù)應(yīng)用到家電領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域的電機(jī)控制和功率因數(shù)矯正PFC。