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今年以来，伴随着中美贸易摩擦升级、H.W事件等，越来越多的企业开始重视供应链安全，芯片作为数字时代的重要支撑，芯片的国产替换被提到了前所未有的高度。但国产替换到底该怎么做？很多人都感到迷茫。

鉴于在芯片产业链上下游资源方面的深厚积累，我们芯片超人定期推出了国产替换系列直播课程，定期邀请国内有技术、有实力、有故事的芯片和方案公司来分享一些an例应用和市场方向等内容，希望为处在转型升级中的国产芯片公司赋能。

往期课程内容可查阅

《怕不怕美国人哪天也不给你货？》

《中国芯片啃上了硬骨头》

南京凌鸥创芯电子有限公司（以下简称“凌鸥创芯”）成立于2015年，是一家专注于运动控制领域的集成电路设计与生产并提供总体解决方案的高科技企业。公司以运动控制芯片为he心业务，同时致力于整合上下游产业链资源，目标市场主要为电动车辆、伺服控制、机器人、电动工具、无人机、家用电器等。7月25日，本次芯片超人课堂特邀了凌鸥创芯创始人李鹏结合凌鸥创芯在国产替换方面的积累和实践为大家作分享。

了解关于李鹏和凌鸥创芯的更多故事，可查阅往期推送《从收音机里走出来的“虐芯”创始人》。

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电机控制领域发展概况

电机控制和大家的衣食住行关系非常密切，可以说没有电机大家的生活可能要倒退到解放前。主要列举以下an例去阐述电机对衣食住行的意义：

在衣服方面，纺织机、缝纫机、绣花机及现代制衣行业所用的其他设备都离不开电机控制，如果没有电机控制实现服装机器生产，衣服一定不会像现在这么便宜；

在食物方面，例如用于农业灌溉、播种行业的一些自动化设备，以及现代农业中的无人机、粮食筛选机都需要电机的支持；

在居住方面，家里的空调、冰箱、洗衣机、电风扇等家用电器均与电机控制和变频控制强相关。使用变频之后，电机会根据室内温度的变化，连续地调节温度，用户体验感较好。

在出行方面，常见的电动汽车、电动大巴、电动自行车，电动三轮车、滑板车，扭扭车、平衡车以及共享电动自行车，这些出行工具的基础同样依赖于电机控制。

除此之外，例如大家知道的这种数控机床工业机器人，还有各种各样的变频器、电力传动设备以及矿山开采使用的高压变频器，这些均和电机控制有关。电机与整个社会的进步密切相关，这是一个很大的增量市场，市场面临着巨大的挑战和机会。

据统计，2018年quan球无刷直流电机的市场规模为153.6亿美元，乐观的市场研究机构预计未来五年，市场将会以13%的年复合增长率持续增长；当然也有机构认为年复合增长率会在6.5%左右。但不论是6.5%，还是13%的增长率，这个市场都非常值得期待。预计到2022年市场规模将会达到200亿美元左右。

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市场的转型与升级

直流无刷电机从有刷到无刷再到FOC矢量控制

直流无刷电机（BLDC)主要解决碳刷寿命问题和电机的运行寿命问题。以电动自行车为例，电动自行车二三十年前都开始有了，zui早的电动车使用的是直流有刷电机，但是有刷电机比较容易坏，因为电动自行车的电流相对偏大，能够达到3-200A之间，因寿命问题改成直流无刷。现在多数电动自行车采用FOC控制，噪音更低，同样的电池在FOC控制的情况下续航能力更强。

除此之外，电动工具也在进行从有刷到无刷的转型，据我们了解到，无刷的大规模应用从电动扳手开始，电动扳手在中国应用广泛，它主要用于制造建筑施工使用的脚手架，早期生产脚手架主要是由人工将螺丝拧上，上一个螺丝可能需要2-3分钟，使用无刷电动工具后，拧一个螺丝的时间只需要十几秒。除此之外，无刷电动工具使用时振动浮动减小，大大延长其使用寿命。从有刷到无刷的转型在吸尘器、跑步机等应用中也在逐渐铺开。

交流异步电机从电网直接接入运行到变频控制和矢量控制

大功率的异步电机越来越少，目前正在向变频控制发展，变频控制分为VF控制和矢量控制，目前主要以VF控制为主，小功率的电机朝着直流无刷方向发展已经是大势所趋。以直流吊扇为例，它们以前多数都是交流异步电机，更换的原因有三点：节能环保；效率高；节省材料，成本低。

无刷电机应用到吊扇中还可以增加吊扇的功能，可以实现正向驱动，反向驱动，自然风等，这个行业也在大范围地切到这个直流无刷电机上。除此之外这种方案在油烟机、集成灶同样适用。

伺服控制从步进电机到PMSM永磁同步矢量控制

步进电机的主要问题是高速性能太差，随着转速的升高，它的转钜会很快降下来，速度响应、定位精度也较差，步进伺服不仅是糅合了步进和伺服的思想，也改善了高速的跟踪性能，但是改进仍然有限，被伺服控制在所难免，优点是成本低，便宜，所以很多中低端行业还在用步进电机。

高端的伺服控制一般使用永磁同步电机，其效果和直流无刷区别不大。永磁同步电机的优势在于它的反电动势更加正弦、响应更快、控制精度更高。行业内传统的都是2500线的编码器，经过细分以后，可以控制到1w线左右，控制精度是?1个脉冲。国内的伺服控制目前主要以日本、德国、以色列的公司为主，也是国内企业要提高的方向。

电机控制是一个复杂的、涉及多学科的系统工程，所以电机控制的这种入门的门槛相对比较高，一般需要两三年做的相对还可以，想成为电机控制高手的话，至少需要3-5年的时间积累。

电机控制的三大he心主要是芯片、驱动和算法。芯片主要以MCU为he心，MCU方面主要要求计算能力强、可靠性高,主要考虑时间匹配、电机效率、EMC效能；芯片方面主要有信号链、传感器的考量，芯片主要构建“神经网络”，算法竞争没有捷径，在于各家积累；驱动即对应的功率输出部分，一般有IPM模块，IGBT等。功率部分的设计也有讲究，设计不好会出现炸机现象。

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电机控制国产芯的艰难之旅

在芯片国产化替代上，不同于以往的“me too"路径，凌鸥创芯选择的是艰难的“me first”路径，通过创新为客户带来增值的服务。在整个产业链中，ST(意法半导体）是其中的佼佼者，在于其几十年的积累，拥有完整的产业链。目前国内的MCU厂商主要在走pin to pin替换路线，比较容易切入，但是从长期来看，除了给客户带来降本的收益外，并不会给客户带来额外的增值。

凌鸥的做法是增化路线，di一步是解决通用方案单一功能的痛点：我们的电机控制芯片内会把该集成的都集成进去，包含MCU，运放，比较器，DAC等，将不需要的都剔除。集合之后，除了性能优异之外，性价比也会提高；第二步是持续创新迭代，我们的di一代产品于2015年，目前已经迭代到第三代，覆盖领域也在逐步扩大。

国产替换方面的心得与an例

对比消费类芯片，电机控制要求相对较高，它的要求仅次于jun工级和汽车级芯片。我们布局的主要市场是电动车市场，多年以来，在电动车领域一直没有国内的芯片出现，早期的电动车芯片主要以ST、英飞凌、瑞萨等为主，也能从侧面反映电机控制芯片的难度。

电动自行车客户考核芯片主要有三个维度：1.高温测试2.静电测试3.安全性测试，zui难的是第3点，多数时候实验通过了，但是客户还是不放心，客户会将一两千台试验品投入实验使用，跑上两年再看效果，这对研发公司尤其是对像我们一样的创业公司来说是一个艰难的过程，好在我们的产品已经通过时间的检验。

近两年zui大的改变是客户心态的转变，以前终端厂商不相信国内的电机芯片，很少去尝试，自中美摩擦之后，很多客户愿意去尝试，也开始主动尝试使用国产芯，凌鸥创芯的优势在提供商业化方案的能力，客户可以通过方案直接转向生产。

1.对标戴森系，我们的吹风筒更出彩

可以对标戴森系的两款产品：风筒和吸尘器。在风筒方面，凌鸥创芯提供的控制器、电机在zhuan利方面均没有问题。吸尘器方面，可以提供低压单相 、三相 、高压单相  、高压三相，8万转、10万转、12万转的产品均有。

2.便捷出行，让你畅行zui后一公里的产品

交通工具主要包括电动滑板车、电动自行车、扭扭车等，这方面是凌鸥创芯的强项。在电动自行车方面，凌鸥创芯和国内pai名前十的几家电动车品牌均有合作，比如爱玛、新日、雅迪、小刀等。

3.等“风”来之风扇、风机应用

风扇看起来容易，做起来并不简单。以吊扇为例，风扇转速低，但吊扇采用FOC控制，对于FOC控制来说，低速是一个非常非常大的一个挑战。除此之外，正反向切换、顺风启还是逆风启也是一大难题，凌鸥创芯推出的吊扇方案可以解决以上难点。