bldc电机驱动原理（bldc电机驱动控制电路）

（文/程文智）据Grand View Research统计，2021年BLDC市场规模为179亿美元，预计2025年市场规模将达到223亿美元，年复合增长率为5.7%。

从市场结构来看，在BLDC电机市场中，亚洲市场所占份额最大，占比46.94%，其次是美国，占比21.08%。事实上，亚洲有不少拥有良好技术能力的BLDC电机企业，但主要集中在日本，如日本电产、松下、美蓓亚、三洋电机等，国内主要还处于追赶阶段。但可以预见的是，未来BLDC电机的增长将主要来自亚洲，而亚洲将主要在中国。

欧洲的市场份额也不小，约为19%。由于欧美起步较早，掌握了BLDC电机的多项核心技术。未来，随着全球市场对高端BLDC电机需求的增加，欧美市场份额将会增加。也会慢慢的成长。但这个比例肯定没有亚洲那么高。

BLDC电机控制器产业链及市场结构

BLDC电机实际上是随着半导体电子技术的发展而出现的一种新型机电一体化电机。它是电力电子技术、微电子技术、控制理论和电机技术相结合的产物。它包含两部分：电机和电子设备。电子部分一般就是我们常说的控制器。这种控制器用于不同的应用场景，有不同的名称，比如在豆浆机、洗衣机、冰箱等家用电器中；电吹风。在牙刷、电动工具等个人护理产品中，人们一般称其为智能控制器；

当用于电梯、机器人、机床、纺织机、汽车等时，也称为变频器、伺服系统，或直接称为电机控制器等。

据Frost Sullivan统计，2015-2019年全球智能控制器行业年复合增长率为5.9%。 2019年全球智能控制器行业市场规模达到1.5万亿美元，预计2024年将达到1.5万亿美元，约2万亿美元。

2020年中国伺服市场规模达到164.4亿元，预计2025年将达到297.7亿元。

当然，由于智能控制器、变频器、伺服系统不仅可以驱动BLDC电机，还可以驱动普通交流电机等，因此市场规模似乎比前面提到的BLDC电机规模还要大。

事实上，所有BLDC电机控制器的上游原材料基本相同，包括IC芯片、电阻电容、隔离器、传感器、二极管、晶体管、MOSFET或IGBT等功率器件等。

下游应用也非常广泛，包括家用电器、电动工具、汽车电子、智能家居、医疗健康、工业机器人、机床等。

其中，上游原材料中，核心部件是IC芯片。主要供应商有ST、TI、Microchip、瑞萨、NXP、英飞凌、兆易创新、晓华半导体、Smart、中盈电子、国民科技、峰前科技等；

主要控制器厂家有代傲、英维斯、拓邦、和泰、朗科智能、百思达、汇川科技、乐赛智能、西门子、欧姆龙、松下、三菱、安川电机、合川科技、江苏雷力、卧龙电驱等；

下游各细分领域主要企业有美的、海尔、西门子、九阳、苏泊尔等家电厂商；电动工具领域的博世、百得、TTI等；汽车电子领域的博格华纳、日本电产等。德赛西威等一线厂商，以及特斯拉、华晨宝马、维小利等汽车整车厂。

控制器上游产业链市场现状

控制器所使用的IC芯片主要有SoC、DSP、FPGA、MCU等，其中以MCU应用最为广泛。去年MCU市场也非常火爆。根据IC Insights的报告，2021年MCU的平均售价（ASP）增长10%，达到0.64美元；出货量增长12%，达到309亿台，市场规模197亿美元。预计今年将增长约10%，达到215亿美元。

从品类来看，预计未来32位MCU销售额年复合增长率约为9.4%，16位MCU将保持47亿美元的市场规模，4/8位MCU将维持约24亿美元的市场规模。再次成长。

从市场结构来看，中国MCU市场主要以海外厂商MCU为主。排名前六位的MCU厂商瑞萨电子、Microchip、ST、NXP、英飞凌和TI合计市场份额超过80%。

排名前六位的MCU厂商中，瑞萨电子主要开发自己的MCU内核，而其他厂商的MCU产品主要基于ArmCortexM内核。根据各公司官网统计，ArmCortex-M系列产品共计4500个，占所有统计的32位MCU物料数的64%。

当然，国内MCU企业这两年发展很快。目前国内上市的MCU相关企业有13家，包括兆易创新、士兰微、中盈电子、国民技术、乐鑫科技、芯海科技等，另外还有比亚迪半导体、中微半导体、恒硕半导体、辉芒微电子等正在上市的还有岭东、晓华半导体、芯王微、航顺、集海科技等发展良好的MCU公司。

控制器中的另一大类产品是功率器件，包括MOSFET、功率IC、IPM或IGBT等产品。据新墨研究统计，2021年全球功率IC市场规模为305亿美元，2022年保持稳定。2023年，全球半导体芯片尤其是DRAM等存储器价格大幅下滑，库存消化，市场竞争将导致全球半导体市场和全球功率IC市场大幅下滑，然后将恢复增长。

不过，今年全球功率半导体仍然短缺。今年3月，ST发出涨价函。由于无法消化原材料和物流成本的增加，决定2022年第二季度全线产品提价；英飞凌在二月份发出了涨价信。可见，当前功率半导体需求依然较高，供应依然紧张。

其中，TI、英飞凌、ST、ADI、安森美、瑞萨、NXP等国际半导体供应商拥有较高的市场份额。国产硅立杰、晶丰明源、士兰微、福满微以及盛邦微、南芯、明纬电子、上海贝岭等在2021年的市场表现将非常出色。

据Omdia统计，2021年中国功率半导体市场空间为182亿美元，预计到2025年将达到195亿美元，相比2021年复合增长率为4.55%。

IGBT和碳化硅MOSFET是当前功率器件发展的重点。另外，根据IHS数据，2020年中国功率半导体市场规模为153亿美元，同比增长6.3%。中国目前约占全球市场的35%，是全球最大的功率半导体市场。

硅MOSFET方面，2020年硅MOSFET市场规模约为75亿美元。Yole预计2020年至2026年复合年增长率为3.8%，其中大部分将来自消费电子和汽车市场。

IGBT方面，思达主电机控制器的汽车级IGBT模块已开始大批量供应海外市场。据统计，Star已经拥有50万辆装机量，但主要是A00级车和部分A级车。时代电气赢得了许多汽车项目的任命。随着二期产能达产，车规级IGBT的出货量有望增加。宏碁微科技汽车级IGBT已开始量产。总体来说，国内企业机会很大。

在中高端MOSFET和IGBT器件主流市场，我国主要依赖进口，基本被欧美日企业垄断。目前，国内领先功率半导体企业的市场占有率仍然较低，这需要国内功率器件厂商跟进。相信随着BLDC电机市场的崛起，将是国内功率器件厂商崛起的契机。

尤其是SiC、氮化镓等第三代半导体的应用，自从特斯拉使用ST的SiC模块产品以来，引爆了SiC市场。 2021年全球SiC市场规模为11.37亿美元，未来五年复合增长率预计将达到28%。目前主要厂商包括ST、英飞凌、Wolfspeed、ROHM、安森美半导体和三菱。国内新晋厂商较多，产品以SBD为主，MOSFET相对较少。

就GaN而言，2020年市场规模为5300万美元，预计到2025年将达到11亿美元。而且，GaN产品目前已应用于电机驱动领域。去年年底，我在中国国际进口博览会上看到了Nexperia与上海电驱动联合开发的GaN电机驱动解决方案。该方案主要应用于A00级车辆。此外，TI也在开发相关解决方案。

隔离器方面，主要厂商包括海外厂商TI、ADI、SiliconLabs（已出售给Skyworks），以及国内厂商Nanochip、四川图微、容派等。 Sirip最近也推出了隔离器产品，主要针对工厂自动化、电力自动化、电机驱动、电力控制等应用场景。

电机控制器市场格局

国内上市的控制人相关公司有近30家，其中不少是近两年才上市的。在市值最高的21家电机控制器相关公司中，汇川技术市值最高，为1544亿元。

汇川技术主要聚焦自动化、数字化、智能化的主要业务渠道。主要产品包括变频器、电梯一体化、PLC、伺服系统、工业机器人、新能源汽车电驱动系统及电源系统等。去年营收达到179亿元，净利润36亿元。

这里，做控制器的企业包括拓邦、和泰、振邦智能、朗科智能、锐德智能等上市公司。

生产逆变器和伺服系统的公司有汇川技术、合川科技、正弦电气、伟创电气、雷赛智能、新捷电气等；

电子爱好者统计了这21家上市主控公司近三年的毛利率。从这张表中，我们可以清楚地看到，几乎所有公司2021年的毛利率都低于2020年，而2020年几乎都高于2019年的毛利率。

相信这与去年半导体行业价格大幅上涨有关。这导致原材料成本大幅增加。

据我们了解到的信息：TI已经战略调整重心，更加专注于电源和驱动芯片。去年的增长幅度最大，从5%到70%不等。 ASP越低，增长越大； ST的产品范围从MOS到MCU。是的，增加了约22%； NXP的产品增长了约15%。当然，这是原厂涨价，并非现货市场涨价。

不过，业内人士普遍预测，现在涨价应该即将结束，因为部分消费需求已经下降。如果价格再次上涨，大量需求可能会受到抑制。

我们看到MOSFET的价格也在逐渐下降。从2019年开始，美国万代很快就被台湾MOS管取代。去年Q3-Q4 MOSFET价格大幅上涨，今年价格略有下降。预计今年MOSFET可能有降价窗口。

事实上，除了IC和MOSFET之外，变压器还与铜价和磁芯有关（去年磁芯上涨50%，变压器整体上涨8-15%）。然而，今年变压器却呈下降趋势。

另外，我们统计了这21家企业的研发投入，发现研发投入在10%的企业基本都是从事工业和汽车控制器，而家电和电动工具企业的研发投入基本在4%左右。

不过，好消息是，从近三年的研发投入来看，大多数企业的研发投入实际上每年都有不同程度的增长。

结论

从市场应用来看，BLDC电机实际上得到了广泛的应用。大多数移动的东西都需要电机。具体来说，它们包括风扇、泵、电动汽车、电动工具、压缩机、农业机械和汽车应用。近年来，BLDC电机应用出现了一些新的应用，例如吸尘器中的洗地机、吹风机中的高速烘干机、自动割草机等。此外，由于能效要求的提高，一些以前使用有刷电机的地方也开始被BLDC电机取代，例如电动工具、空调、洗衣机等应用。未来，BLDC电机的前景还是相当不错的。