電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）近年來，割草機(jī)器人市場(chǎng)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)Statista數(shù)據(jù)顯示，2023年全球智能割草機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模約15億美元，預(yù)計(jì)2025年將增至30億美元，2030年更有望突破80億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超20%。隨著人們生活品質(zhì)提升，對(duì)庭院自動(dòng)化管理的需求日益旺盛，割草機(jī)器人憑借其便捷高效的特點(diǎn)，逐漸成為眾多家庭庭院護(hù)理的標(biāo)配，走進(jìn)千家萬(wàn)戶。

然而，在市場(chǎng)快速擴(kuò)張的背后，割草機(jī)器人面臨著嚴(yán)苛的戶外作業(yè)挑戰(zhàn)。其工作環(huán)境長(zhǎng)期暴露于室外，需應(yīng)對(duì)干燥低溫等復(fù)雜氣候條件，同時(shí)，割草機(jī)器人需要長(zhǎng)時(shí)間自主作業(yè)，這些都對(duì)設(shè)備的核心技術(shù)提出了嚴(yán)苛要求。在這樣的背景下，電子發(fā)燒友對(duì)中微半導(dǎo)體（深圳）股份有限公司電機(jī)控制事業(yè)部總經(jīng)理肖英進(jìn)行了專訪，深入了解中微半導(dǎo)在割草機(jī)器人電機(jī)控制、電池管理與充電控制等領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

聚焦芯片，提供定制化合作模式

肖英介紹，中微半導(dǎo)專注于芯片設(shè)計(jì)，在割草機(jī)器人上游產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)關(guān)鍵地位，主要提供針對(duì)電機(jī)控制、電池管理以及充電器控制等芯片。在電機(jī)控制方面，公司聚焦無刷電機(jī)控制技術(shù)，廣泛應(yīng)用于割草機(jī)器人的割草電機(jī)和行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)。該技術(shù)能夠確保電機(jī)穩(wěn)定、高效運(yùn)行，為割草機(jī)器人的動(dòng)力輸出提供堅(jiān)實(shí)保障。

在電池管理與充電控制領(lǐng)域，中微半導(dǎo)同樣成績(jī)斐然。肖英表示，公司為割草機(jī)提供電池管理芯片，為充電器提供控制MCU，助力整機(jī)實(shí)現(xiàn)高效、安全的能源管理。同時(shí)，針對(duì)這些芯片，中微半導(dǎo)還配套提供一站式整體解決方案，涵蓋電機(jī)控制算法以及硬件參考設(shè)計(jì)等，為客戶提供全方位支持。

談及進(jìn)入割草機(jī)器人領(lǐng)域的契機(jī)，肖英透露，公司電機(jī)控制芯片自2018年起就已實(shí)現(xiàn)對(duì)工具行業(yè)的批量供貨，并在該領(lǐng)域多家知名客戶中實(shí)現(xiàn)持續(xù)量產(chǎn)。進(jìn)入割草機(jī)器人領(lǐng)域是自然而然的業(yè)務(wù)延伸，公司長(zhǎng)期致力于為家用電器、個(gè)人消費(fèi)類、工業(yè)自動(dòng)化（含具身智能機(jī)器人）及汽車領(lǐng)域提供一站式開發(fā)支持，而割草機(jī)器人與掃地機(jī)器人在技術(shù)上有一定的相通性，這使得中微半導(dǎo)能夠順利進(jìn)入這一市場(chǎng)。

在合作模式上，中微半導(dǎo)提供靈活多樣的選擇。肖英強(qiáng)調(diào)，最常見的合作模式是基于現(xiàn)有芯片為客戶提供定制化開發(fā)支持。定制化開發(fā)主要包括兩個(gè)層面：一是芯片級(jí)定制，當(dāng)現(xiàn)有芯片無法滿足客戶需求時(shí)，根據(jù)客戶要求對(duì)規(guī)格進(jìn)行優(yōu)化或調(diào)整；二是方案級(jí)深度合作，例如針對(duì)特定性能（如效率、噪聲、響應(yīng)速度等）進(jìn)行算法優(yōu)化。這種合作模式能夠充分滿足不同客戶的個(gè)性化需求，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

與室內(nèi)機(jī)器人相比，割草機(jī)器人需長(zhǎng)期在室外工作，這就要求其具備更高的可靠性及環(huán)境耐受能力。肖英指出，整個(gè)系統(tǒng)在戶外環(huán)境中的高可靠性尤為關(guān)鍵。以電機(jī)控制系統(tǒng)為例，中微半導(dǎo)在多個(gè)層面進(jìn)行了系統(tǒng)性設(shè)計(jì)。

在芯片層面，從設(shè)計(jì)、晶圓測(cè)試、封裝到生產(chǎn)管理均進(jìn)行全面考量，遵循高可靠性要求，例如ESD指標(biāo)均按行業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)定義與實(shí)現(xiàn)，以幫助客戶更從容應(yīng)對(duì)干燥低溫等高靜電工況，確?？刂瓢宸€(wěn)定運(yùn)行。在晶圓測(cè)試階段，引入三溫測(cè)試，保障芯片在極寒和極熱的高低溫環(huán)境下性能一致性。封裝環(huán)節(jié)選擇與業(yè)內(nèi)頭部封測(cè)大廠合作，嚴(yán)格把關(guān)材料、工藝和全過程管控，提升芯片在溫變與惡劣環(huán)境中的適應(yīng)能力。

在方案層面，重點(diǎn)關(guān)注系統(tǒng)效率，通過在母線電壓抖動(dòng)抑制、觀測(cè)器精度、調(diào)試方法等方面均做深度整體優(yōu)化，充分釋放客戶電控與電機(jī)系統(tǒng)的效能，實(shí)現(xiàn)溫升控制與效率提升。

“芯片+應(yīng)用方案”結(jié)合，實(shí)現(xiàn)性能、功耗、成本平衡

割草機(jī)器人需在戶外長(zhǎng)時(shí)間自主作業(yè)，單次續(xù)航2-4小時(shí)，這對(duì)芯片提出了“低功耗+高算力”的雙重挑戰(zhàn)。肖英表示，以MCU為例，中微半導(dǎo)的電機(jī)控制芯片系列覆蓋從64M、72M、96M至128M的主頻范圍，并配備硬件除法器、開方運(yùn)算等專用計(jì)算單元，可充分滿足割草機(jī)器人對(duì)實(shí)時(shí)算力的高要求。

在功耗優(yōu)化方面，公司基于Arm架構(gòu)的低功耗特性，結(jié)合芯片設(shè)計(jì)層面的多維度創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了高性能與低功耗的協(xié)同設(shè)計(jì)。具體策略包括采用流水線架構(gòu)與專用硬件加速器，針對(duì)電機(jī)控制算法設(shè)計(jì)定制化硬件電路，大幅減少晶體管使用量和所需時(shí)鐘周期，既提升計(jì)算效率，也降低非關(guān)鍵電路的動(dòng)態(tài)功耗；運(yùn)用時(shí)鐘門控技術(shù)，及時(shí)關(guān)閉無需工作模塊的時(shí)鐘信號(hào)，減少電路翻轉(zhuǎn)帶來的功耗；采用電源門控設(shè)計(jì)，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間閑置的功能模塊直接切斷供電電源，抑制靜態(tài)漏電功耗。這些系統(tǒng)級(jí)功耗優(yōu)化措施，使中微半導(dǎo)的MCU在復(fù)雜實(shí)時(shí)控制任務(wù)中保持出色的能效比，滿足割草機(jī)等戶外移動(dòng)設(shè)備對(duì)高可靠性與長(zhǎng)續(xù)航的雙重需求。

割草機(jī)器人電機(jī)需同時(shí)滿足“輕量化+高扭矩+低噪音”的要求，庭院場(chǎng)景對(duì)噪音要求小于60dB。肖英介紹，中微半導(dǎo)通過“芯片+應(yīng)用方案”相結(jié)合的方式，從系統(tǒng)層面實(shí)現(xiàn)了性能、功耗與成本的綜合平衡。

在輕量化方面，公司通過合封與高度集成，將MCU、驅(qū)動(dòng)、LDO及反電動(dòng)勢(shì)采樣電路等集成于單顆芯片中，并提供QFN32、QFN40等小尺寸封裝，最大限度減少外圍器件數(shù)量，顯著降低控制器體積。

針對(duì)高扭矩與低噪音需求，通過算法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。高扭矩控制核心在于準(zhǔn)確的角度觀測(cè)，中微半導(dǎo)采用脈沖注入與高頻注入等技術(shù)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)角度精準(zhǔn)辨識(shí)，并深入研究主流觀測(cè)器，為割草機(jī)器人匹配最適合的觀測(cè)器或混合觀測(cè)策略。同時(shí)，濾波器技術(shù)也至關(guān)重要，割草機(jī)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，易引入采樣噪聲，中微半導(dǎo)能有效濾除采樣噪聲并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)補(bǔ)償，保障輸入信號(hào)的魯棒性，確保系統(tǒng)觀測(cè)與運(yùn)行的可靠性。

在無刷電機(jī)控制中，方波控制常見于大多數(shù)工具類應(yīng)用，而在對(duì)靜音要求較高的場(chǎng)景，中微半導(dǎo)采用FOC控制，F(xiàn)OC憑借其低諧波特性，可實(shí)現(xiàn)更低的電磁噪聲與轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，天然具備噪聲優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，公司還應(yīng)用死區(qū)與管壓降補(bǔ)償、諧波優(yōu)化、諧波注入及單電阻采樣低噪等多項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)一步全面降低運(yùn)行噪聲。

未來展望：技術(shù)演進(jìn)與布局方向

肖英認(rèn)為，從整體發(fā)展趨勢(shì)來看，機(jī)器人系統(tǒng)正不斷朝向高功率密度方向演進(jìn)，這對(duì)芯片及系統(tǒng)方案的溫升控制與耐受能力提出了關(guān)鍵挑戰(zhàn)。隨著功率密度要求的提升，割草機(jī)器人未來很可能大規(guī)模采用第三代半導(dǎo)體作為功率控制器件。

在芯片層面，中微半導(dǎo)將持續(xù)推動(dòng)高算力與低功耗的協(xié)同優(yōu)化，未來會(huì)推出更高主頻和集成更多硬件計(jì)算單元的產(chǎn)品。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，積極引入DC/DC轉(zhuǎn)換架構(gòu)以取代傳統(tǒng)LDO，降低功率損耗，并結(jié)合智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)損耗的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。從方案層面看，電機(jī)控制及電機(jī)本體設(shè)計(jì)雖理論成熟，但仍需不斷融入新技術(shù)突破。中微半導(dǎo)的電機(jī)控制團(tuán)隊(duì)將堅(jiān)持以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，持續(xù)將新技術(shù)、新思路融入方案迭代中，提升服務(wù)能力與技術(shù)附加值。