如何讓電機控制更精準高效

作者：Yuki Ueno，Renesas Electronics 時間：2026-05-07 來源：EEPW

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圖源：貿澤電子

發布日期：2026年2月25日

無論是家用空調、吸塵器，還是電動工具與各類工業設備，電機早已融入生活與工業的方方面面。隨著全球化和城市基礎設施的發展，我們所熟悉的產品也在不斷演變，以提供更高的性能、更佳的能效以及更緊湊的尺寸。電動工具需要在更小體積下提供更高的扭矩和更長的電池續航；而家用電器則更強調安靜且高效的運轉。

實現這些創新的關鍵在于電機控制系統。它確保了從日常設備到高端工業驅動器等各種應用中的精度、效率和安全性。為解決這些難題，Renesas Electronics提供了一系列可擴展的MCU產品組合，支持先進的控制方法和實時性能。

電機控制系統由多個元件組成，雖然具體要求因應用場景而異，但實時性能始終是關鍵因素之一。它通過在規定時間內以極小的偏差完成特定流程，從而確保精度、提高效率并防止故障。

由于其高效、易于維護和易于控制的特點，無刷電機在家庭和工業應用中得到了日益廣泛的應用。無刷電機常用的兩種控制方法是120度導通控制和矢量控制。前者所需的MCU運算較少，但可能引發振動和噪音；而矢量控制雖能實現精確的轉速調節，但計算負載較高。

Renesas RL78系列為電機控制提供了入門級解決方案。這些8/16位MCU具有低功耗和模擬外設功能。RL78/G1F、RL78/G14和RL78/G24等MCU系列支持矢量控制，而其他系列則支持120度導通控制。Renesas為這兩種方法均提供了示例軟件，包括無傳感器速度控制和初始位置檢測，以及高速旋轉和高壓應用解決方案。Renesas Motor Workbench和配置文件生成器等開發工具簡化了評估和參數調試流程，可幫助設計人員快速從概念階段過渡到量產。

尺寸、效率和靜音運行是電動工具和家用電器中的關鍵因素。采用120度導通等簡單方法控制的無刷電機，通常會面臨轉矩紋波和振動等問題。矢量控制通過保持轉矩恒定來解決這些難題，但若要將矢量控制應用于對成本敏感的緊湊型應用中，則需要更強的MCU處理能力。 Renesas RA2T1 MCU通過采用單分流電流檢測方法滿足這一要求，該方法利用了現有的直流鏈路電流檢測電路，從而最大限度地減少了額外元件的需求。其模數轉換器 (ADC) 的轉換會觸發與通用PWM定時器 (GPT) 的請求聯動功能，從而實現精確的電流檢測；而內置比較器及GPT端口輸出使能 (POEG) 功能，可在異常情況下迅速關閉PWM輸出，以確保系統安全。

在風扇應用中，RA2T1集成了專用的3通道采樣保持ADC電路，可確保同步電流采樣而無時間偏差——這對轉速超過100,000 RPM的高速電機至關重要。RA2T1搭載64 MHz Arm? Cortex? M23內核，憑借優化的模擬和定時器功能、小至QFN24的緊湊封裝以及廣泛的電壓支持，簡化了系統設計。

在高端電機控制應用（如交流驅動器和伺服電機）中，由于中央處理器 (CPU) 和內存的時鐘頻率相近，傳統MCU能夠輕松保證實時性能。然而，微處理器單元 (MPU) 采用速度更快的CPU和更短的控制周期，這可能會受到較慢的外部閃存的限制。為了解決這個問題，程序通常部署在高速靜態隨機存取存儲器 (SRAM) 或緊耦合存儲器 (TCM) 中，但由于這類存儲器容量有限，此方法依然面臨較大限制。

Renesas RA8T2 MCU通過融合MCU和MPU的優勢特性，解決了這一問題。該器件搭載1 GHz Arm? Cortex? M85內核，配備內置緩存、TCM 和SRAM，以及用于存儲程序的磁阻隨機存取存儲器 (MRAM)。MRAM的運行頻率為100MHz，遠高于外部閃存，因此更容易實現實時性能。此外，RA8T2還提供了一個用于系統控制的可選Cortex M33內核，可實現并行處理并提升整體響應速度。

從基礎的導通控制到先進的矢量控制以及實時工業性能，Renesas提供了一套完整的電機控制產品組合：RL78提供了一個經濟高效的入門方案，RA2T1將先進技術引入緊湊型設備，而RA8T2則為要求嚴苛的應用提供了確定性、高速控制能力。您可以繼續探索Renesas Motor Workbench、示例軟件和電機控制套件，以推動您的下一個設計更快速地落地。

作者簡介

Yuki Ueno是一名工程師，同時也是半導體產品的產品營銷經理，主要負責規劃和開發用于電機控制應用的MCU及相關解決方案，其中包括Renesas RL78/RA系列電機控制MCU。他精通嵌入式電機控制技術，例如無刷直流電機 (BLDC) 和矢量控制（也稱為磁場定向控制，FOC）。