工業(yè)市場對電力的需求正以前所未有的速度增長著，而超過40%的電力需求就來源于各類工業(yè)電機。對于工業(yè)用電過大及耗能過多的問題，各國政府都出臺了一系列嚴苛的法規(guī)來進行控制。順應這一趨勢，更智能、更高效率的電機以及控制系統(tǒng)將成為未來的主要需求之一。就中國工業(yè)市場的發(fā)展現(xiàn)狀、半導體廠商的核心競爭力，以及電機控制的發(fā)展趨勢，筆者采訪了ADI亞太區(qū)電機與電源控制行業(yè)市場部經(jīng)理于常濤。

工業(yè)4.0？別鬧了，3.0初中期才是我們的現(xiàn)狀

在當前言必談“工業(yè)4.0”的產(chǎn)業(yè)氛圍中，中國的實際國情是什么？工業(yè)4.0能給中國帶來哪些好處？半導體廠商又能獲得哪些機會？對于這一系列問題，于常濤表示，中國離所謂的4.0相差甚遠，我們現(xiàn)在僅僅處于3.0的初級階段，即便是日本也才處于3.0的后期。現(xiàn)在談4.0，更多是在探討。而前不久出臺的“中國制造2025”，這才是中國工業(yè)領域的核心驅(qū)動力。

于常濤表示，“中國制造2025”規(guī)劃中明確定義了十大應用領域，其中與電機控制相關的是機器人與CNC。此外，在區(qū)域方面，國家也設立了很多產(chǎn)業(yè)園，希望通過重點扶持代表性企業(yè)，逐漸將國產(chǎn)產(chǎn)品的市場份額提升至45%或更高。而現(xiàn)在的情況是，以交流通用伺服為例，日系的產(chǎn)品（以松下、安川、三菱為代表）占據(jù)了近一半的市場份額，歐系（以西門子、施奈德、ABB為代表）占據(jù)了20%左右，臺灣系（以臺達為代表）占了將近10%左右，而國內(nèi)的廠商全部加在一起可能只占據(jù)不到20%的份額。根據(jù)規(guī)劃的發(fā)展目標，中國市場的潛力是非常巨大的，這也是ADI近年來針對中國進行持續(xù)不斷的投入的原因。

2014年~2020年，就通用伺服這個行業(yè)應用，ADI針對中國市場設定了20%的復合增長率目標。于常濤表示，這樣的增長一方面來自于ADI自身的產(chǎn)品和系統(tǒng)方案的完善，另一方面則來自于整個市場的宏觀增長，這是電機控制行業(yè)非常明顯的特征。

為什么有信心在設定了20%的復合增長率目標？于常濤表示，主要來自于三大驅(qū)動力。首先是能源效率，現(xiàn)在全球都在倡導節(jié)能，而電機在降低能耗方面會有很大的貢獻；第二是生產(chǎn)效率，它與工廠自動化密切相關；第三就是連接（互聯(lián)互通性），它體現(xiàn)在運動控制系統(tǒng)、多軸聯(lián)動系統(tǒng)等方面，都是在原有的基礎設備上實現(xiàn)了網(wǎng)絡化。這三方面都是未來的發(fā)展趨勢，也是非常顯著的驅(qū)動力。

于常濤進一步解釋，變頻器、驅(qū)動和伺服三大類合稱為電機控制器，硬件上的區(qū)別在于，變頻器基本是處理器加功率模塊為主，再加上一些保護措施，只完成很簡單的V/F控制，常用于建筑機械、港口機械、電動自行車、泵、風機、變頻空調(diào)等應用中；而驅(qū)動則額外增加了電流環(huán)路檢測；伺服則是基于驅(qū)動器為基礎，再加上了位置和速度，更多用于較為高級的自動化應用。他強調(diào)，ADI更加關注驅(qū)動和伺服這兩大類，正在著力進行相關的產(chǎn)品研發(fā)和市場推廣。

ARM平臺將成為通用伺服控制器主流之選

通用伺服架構主要包括處理器、隔離接口、功率模塊驅(qū)動、電流檢測、電壓檢測等，ADI囊括了除功率模塊之外的所有信號鏈產(chǎn)品。現(xiàn)在越來越多的客戶都開始關心平臺，即所謂伺服控制所用的是什么樣的處理器？現(xiàn)在做伺服控制比較核心的平臺有三種，MCU、DSP以及FPGA，究竟哪個好？

于常濤表示，具體取決于產(chǎn)品需求和市場定位。FPGA靈活，因此非常適合做網(wǎng)絡通信以及多軸系統(tǒng)，如果用它來做通用伺服（例如單軸或雙軸控制），性能本身完全沒問題，但未必是性價比最優(yōu)的方案。DSP在過往的十年時間里獲得了長足的發(fā)展，但是也有一些固有問題的存在，例如產(chǎn)品內(nèi)核互相不兼容，編譯器由原廠提供因而對最終用戶限制較大；現(xiàn)在比較主流的則是ARM內(nèi)核的MCU，ADI的ADSP-CM408F處理器就是基于ARM Cortex-M4F內(nèi)核，主頻為240MHz，芯片內(nèi)部集成高精度ADC以及SINC濾波器，成了伺服控制所需的核心性能。

于常濤補充，每類產(chǎn)品都有不同性能檔次的產(chǎn)品，因此很難在性能上分出伯仲。但是在相同的性能水平下，ARM MCU的性價比最高。其次，基于ARM內(nèi)核的MCU作為標準化的平臺，幾乎所有廠商都有ARM授權內(nèi)核的處理器，當需要在不同平臺進行切換時，不需要對代碼進行大的更改。此外，中國工程師對ARM處理器的認知度更高，上手更容易，開發(fā)門檻也會更低。

也正是上述原因，許多工業(yè)領域的客戶由2013年時對ARM處理器的疑慮態(tài)度，到2014年時開始進行嘗試，現(xiàn)在看來，90%的伺服企業(yè)已經(jīng)切換或正在評估ARM平臺，將其作為伺服控制器的主平臺。

磁隔離將成為電機伺服主角

因為電機伺服控制系統(tǒng)涉及強電、弱電以及一些通信接口，因此安全方面的保證必不可少。強電因為功率模塊的存在而產(chǎn)生噪聲，而控制部分又是弱電系統(tǒng)，因此兩者之間必須進行隔離，否則性能很難得到保障。因此在整個電機系統(tǒng)中，隔離貫穿始終，成為非常核心的環(huán)節(jié)。

目前市面上主要有三種隔離技術：光隔離、容隔離以及磁隔離。ADI現(xiàn)在主推的iCoupler磁隔離技術。于常濤評價光隔離技術的核心是發(fā)光二極管，主要利用光的原理來進行耦合，存在光衰的問題，可靠性較差，且體積較大、功耗較大。工業(yè)上對可靠性、安全性要求都很高，因此容隔離用得不多。

相較而言，磁隔離的優(yōu)點在于：第一是速率高，特別是在高速通信時有優(yōu)勢；其次是功耗低；第三是小體積，它集成了很多外圍功能，因而簡單易用。

此外，在整個伺服系統(tǒng)當中，功率模塊是非常核心的環(huán)節(jié)。對于IGBT的功率模塊，需要前端驅(qū)動同時能夠完成隔離的功能，ADI的ADuM4135產(chǎn)品正是基于ADI的iCoupler磁隔離技術，然后再配合前端和后端的驅(qū)動技術。帶給客戶的好處包括：首先該功率模塊是安全的，因為它集成了很多保護功能；其次它的傳輸延遲比較小，就可以使整個IGBT 模塊的死區(qū)時間做優(yōu)化設置，一旦出現(xiàn)故障可以在很短時間內(nèi)關斷模塊。