隨著汽車行業(yè)中電氣化和高級駕駛員輔助系統(tǒng)的發(fā)展步伐不斷加快，對高性能電機(jī)驅(qū)動器的需求不斷提升。汽車制造商需要能夠應(yīng)對當(dāng)今汽車內(nèi)部嚴(yán)苛條件的產(chǎn)品，同時可達(dá)到更高安全標(biāo)準(zhǔn)，幫助延長充電周期之間的電池壽命，并減輕系統(tǒng)重量。

另外在過去的十年里，工業(yè)領(lǐng)域也出現(xiàn)了對電池供電設(shè)備的巨大需求，這類設(shè)備的技術(shù)關(guān)注重點(diǎn)是增大了各種應(yīng)用兩次充電之間的運(yùn)行時間，例如倉庫中執(zhí)行訂單揀貨的機(jī)器人，以及無繩電動工具等消費(fèi)類產(chǎn)品中。隨著這類電池供電的電機(jī)驅(qū)動設(shè)備越來越多，選擇適合的電機(jī)驅(qū)動器成了研發(fā)工程師們不得不面對的一道難題。

一款優(yōu)秀的電機(jī)驅(qū)動器，需要提高效率并集成更多功能，幫助制造商在各種應(yīng)用中降低整體系統(tǒng)成本、減少組件數(shù)量簡化物料清單（BOM）。在細(xì)分領(lǐng)域還有特定的要求，比如在汽車電氣化應(yīng)用中要能夠降低噪音，在電池供電設(shè)備中要減小封裝尺寸和提高易用性來滿足甚至超過客戶需求。

Allegro是誰？

2022年5月，運(yùn)動控制和節(jié)能系統(tǒng)傳感技術(shù)和功率半導(dǎo)體解決方案廠商Allegro MicroSystems宣布達(dá)成第30億顆電機(jī)驅(qū)動器芯片出貨，這樣的發(fā)展勢頭不禁令人對這家公司產(chǎn)生了濃厚的興趣。

采訪了Allegro MicroSystems電機(jī)（工業(yè)）產(chǎn)品線總監(jiān) Andy Wang，從該公司的技術(shù)優(yōu)勢、產(chǎn)品布局，到市場客戶策略和社會責(zé)任，為大家揭秘這家公司，并了解30億顆芯片出貨的背后有著什么樣的技術(shù)優(yōu)勢。

據(jù)介紹，Allegro創(chuàng)立于1990年，已經(jīng)服務(wù)于電機(jī)控制行業(yè)有數(shù)十年之久。多年來，其電機(jī)驅(qū)動器業(yè)務(wù)取得了長足增長，從汽車到工業(yè)再到消費(fèi)品的各個行業(yè)，Allegro的電機(jī)驅(qū)動芯片很可能存在于大家每天都在使用的電子設(shè)備中。

Allegro產(chǎn)品設(shè)計的目標(biāo)是讓客戶的設(shè)計更簡單、體積更小、更安全。“我們電機(jī)驅(qū)動器芯片上的許多優(yōu)勢，都可以轉(zhuǎn)化為客戶產(chǎn)品設(shè)計方面的優(yōu)勢，” Andy Wang說到，“包括減小 PCB 尺寸，減少集成過程中所需的研發(fā)費(fèi)用等。”通過把先進(jìn)的專有算法集成到硬件，還能夠顯著提高效率，縮短產(chǎn)品上市時間。 

一些增長快速的新興市場客戶，缺乏專門針對電機(jī)驅(qū)動器的軟件開發(fā)資源，因而經(jīng)常依賴自由職業(yè)者和承包商程序員。Allegro通過將代碼直接嵌入到 IC，能夠幫助這些客戶顯著降低開發(fā)負(fù)擔(dān)，這有助于他們更快地進(jìn)入市場。

2019年，Allegro公司推出 QuietMo??tionTM 電機(jī)驅(qū)動器時，其中就包括首次面市的磁場定向控制 (FOC) 無刷直流 (BLDC) 電機(jī)控制器，無需客戶編寫代碼，可以使用直觀的圖形用戶界面訪問這些設(shè)置。

以數(shù)據(jù)中心應(yīng)用為例闡述技術(shù)優(yōu)勢

當(dāng)前從事電機(jī)驅(qū)動廠商很多，從歐美日本的大廠，再到中國目前層出不窮的新創(chuàng)半導(dǎo)體公司，各家都有自己的特點(diǎn)。Allegro產(chǎn)品的優(yōu)勢在哪里呢？

以電機(jī)驅(qū)動在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用為例，以往當(dāng)服務(wù)器風(fēng)扇發(fā)生故障或損壞時，空氣回流會導(dǎo)致它們反向旋轉(zhuǎn)，其它正常運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)扇必須加倍地工作以補(bǔ)償由此產(chǎn)生的回流氣流，這會增大電力消耗。防止反向旋轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)解決方案是添加外部電路和組件作為斷電制動器，但這些組件不適合于1U 風(fēng)扇。而且這種傳統(tǒng)方法需要軟件編碼，增大物料清單 (BoM)和系統(tǒng)體積，并延緩上市速度。

針對這些痛點(diǎn)，Allegro最新推出的數(shù)據(jù)中心解決方案A89332，擴(kuò)大了三相無感BLDC柵極驅(qū)動器的產(chǎn)品組合，該方案集成了先進(jìn)的斷電制動功能，這有助于提高數(shù)據(jù)中心工作環(huán)境的安全性，并降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗。

據(jù)Andy Wang介紹，Allegro這些驅(qū)動器具有創(chuàng)新的集成式斷電制動（PLB） (A89332) 和交流斷電 (A89332-1) 功能，通過對工作不正常的風(fēng)扇施加制動來阻止其反向旋轉(zhuǎn)，減少氣流回旋，從而幫助降低不必要的電力消耗。這種集成解決方案所提供的制動性能是分立方案的四倍，能夠減小不必要的能源消耗，提高熱效率，最終降低數(shù)據(jù)中心成本。

A89332 和 A89332-1均采用 26 觸點(diǎn) 4mm x 4mm QFN 封裝，帶有外露散熱焊盤（后綴 EX）。兩款器件均不含鉛，采用 100% 霧錫引線框電鍍。通過結(jié)合 A89332-1 的 AC斷電邏輯，Allegro 現(xiàn)在能夠憑借小封裝，尺寸比同類產(chǎn)品小36%的柵極驅(qū)動器服務(wù)高端服務(wù)器市場，非常適合于“甜甜圈式（donut）”電路板設(shè)計。

同時Allegro 還提供服務(wù)器散熱風(fēng)扇免代碼解決方案，公司創(chuàng)新的嵌入式算法和圖形用戶界面 (GUI) 無需額外的霍爾效應(yīng)位置傳感器和電機(jī)控制單元 (MCU)，也無需額外的軟件開發(fā)，這有助于系統(tǒng)設(shè)計人員降低研發(fā)成本，簡化電機(jī)調(diào)試，并縮短上市時間。由于對外部組件的需求減少，有助于進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)成本，提高可靠性，而集成式功能在客戶面臨嚴(yán)格的設(shè)計要求時可提供更高靈活性。

Andy Wang表示：“業(yè)界對于運(yùn)行更可持續(xù)、耗電量更少的數(shù)據(jù)中心需求正在加速增長，這不僅僅是需要建造低維護(hù)的‘熄燈式’設(shè)施，服務(wù)器和相關(guān)設(shè)備設(shè)計人員也正在尋找新的方法來減少熱量和電力消耗，而風(fēng)扇在其中發(fā)揮著重要作用。一段時間以來，我們一直在專注于數(shù)據(jù)中心市場，隨著 A89332 和 A89332-1 的推出，冷卻系統(tǒng)的控制將得以大幅改進(jìn)，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效率。”

未來電機(jī)驅(qū)動器發(fā)展趨勢

有觀點(diǎn)認(rèn)為目前電機(jī)驅(qū)動硬件提升的空間已經(jīng)不大，要實(shí)現(xiàn)各家產(chǎn)品差異化主要看軟件、算法和仿真。對此Andy Wang表示，就硬件而言，Allegro在不斷創(chuàng)新和改進(jìn)硬件設(shè)計，特別是電機(jī)驅(qū)動器芯片。“同時，Allegro在軟件和算法設(shè)計方面所取得的進(jìn)展非常明顯，能夠進(jìn)一步改進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器硬件的實(shí)施，從而提高系統(tǒng)性能。”

而目前MCU中集成電機(jī)驅(qū)動器的做法，有獨(dú)立驅(qū)動器 + DSP或MCU集成驅(qū)動器，哪一種方法會是未來電機(jī)驅(qū)動的趨勢？Andy Wang相信兩者將長期共存，因?yàn)楠?dú)立的MCU能夠?yàn)榭蛻籼峁└`活的方案；另一方面，電機(jī)驅(qū)動器加上 DSP 和 MCU 的替代解決方案則能夠?yàn)榭蛻籼峁└呒墑e的集成，從而減小系統(tǒng)的尺寸。

“Allegro 擁有適用于這些系統(tǒng)設(shè)計方法的所有解決方案。”他補(bǔ)充道。

近年來，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶（WBG）功率器件逐漸普及，有望在電動汽車和綠色能源等應(yīng)用中迅速取得一定市場份額，也給電機(jī)驅(qū)動器設(shè)計帶來了的新思路。傳統(tǒng)的驅(qū)動器解決方案通常需要較大占位面積和附加組件，例如需要笨重的變壓器或?yàn)V波器、單獨(dú)的 PCB 和連接器，這樣才可以實(shí)現(xiàn)EMC合規(guī)性，并滿足安全法規(guī)。

“而寬禁帶器件為設(shè)計人員提供更高的效率、更高的開關(guān)頻率、更高的工作溫度以及在嚴(yán)苛工作條件下的更高可靠性。” Andy Wang指出。

Allegro最近宣布意向收購Heyday Integrated Circuits，后者是一家專注于設(shè)計和提供緊湊型、完全集成的隔離式柵極驅(qū)動器的公司，其產(chǎn)品可在高電壓氮化鎵和碳化硅等寬禁帶半導(dǎo)體設(shè)計中實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)換。

在此次收購?fù)瓿珊?，將大大加快Allegro為綠色能源、先進(jìn)移動性和運(yùn)動控制解決方案等市場提供高壓設(shè)計領(lǐng)先節(jié)能技術(shù)平臺的努力。

“30億”里程碑達(dá)成，助力“雙碳”不停步

當(dāng)前，在當(dāng)前碳達(dá)峰、碳中和以及節(jié)能減排的大背景下，人們對電機(jī)變頻控制提出了更高的要求。例如電機(jī)控制PCB越做越小，要求芯片的集成度更高，同時電機(jī)運(yùn)行要求平穩(wěn)少噪音，在運(yùn)行效率上也對芯片運(yùn)算能力提出更高要求。

與此同時，全球?qū)Ω咝ЧI(yè)產(chǎn)品的需求增長快速，工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了對電池供電設(shè)備的巨大需求。無論是電動汽車還是電池供電的工業(yè)設(shè)備，都在追求節(jié)能和延長電池壽命，以達(dá)成碳中和、碳達(dá)峰的要求。

Allegro的產(chǎn)品設(shè)計理念，一直以來都致力于幫助客戶應(yīng)對碳排放和能源效率以及清潔、可再生能源等相關(guān)的全球性挑戰(zhàn)，并以此創(chuàng)造積極的環(huán)境和社會效果。Allegro對半導(dǎo)體設(shè)計和制造采取可持續(xù)性優(yōu)先的策略，在公司整個供應(yīng)鏈和運(yùn)營中都整合有可持續(xù)發(fā)展規(guī)范。

就電機(jī)驅(qū)動器而言，一些應(yīng)用正在從 12V 轉(zhuǎn)向24V甚至48V系統(tǒng)，Allegro的一項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新是使用戶能夠以更高的電壓運(yùn)行電機(jī)，從而降低電流，從而減少能量損失。除了混合動力和電動汽車之外，Allegro 電機(jī)驅(qū)動器還可用于其它能夠減少環(huán)境影響的應(yīng)用，包括太陽能電池陣列、數(shù)據(jù)中心冷卻風(fēng)扇、高效HVAC系統(tǒng)等。未來他們也將繼續(xù)在新產(chǎn)品開發(fā)中不斷突破，以降低能耗、延長電池壽命并最大限度地減少碳排放。

Andy Wang表示，創(chuàng)新是 Allegro DNA 的核心，公司一直在尋求改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)計，并為解決復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性的問題提供新的解決方案。電機(jī)驅(qū)動器出貨量超過30億是一個里程碑，這見證了Allegro在市場的持續(xù)成功和快速增長。“以重新定義傳感和功率半導(dǎo)體技術(shù)的未來為使命，Allegro 將繼續(xù)致力于為從綠色能源到先進(jìn)的運(yùn)動控制系統(tǒng)開發(fā)更智能的解決方案，為客戶提供更大的競爭優(yōu)勢并推動技術(shù)的進(jìn)步。”