出货30亿颗电机驱动芯片，Allegro是怎么做到的？

随着汽车行业中电气化和高级驾驶员辅助系统的发展步伐不断加快，对高性能电机驱动器的需求不断提升。汽车制造商需要能够应对当今汽车内部严苛条件的产品，同时可达到更高安全标准，帮助延长充电周期之间的电池寿命，并减轻系统重量。

另外在过去的十年里，工业领域也出现了对电池供电设备的巨大需求，这类设备的技术关注重点是增大了各种应用两次充电之间的运行时间，例如仓库中执行订单拣货的机器人，以及无绳电动工具等消费类产品中。随着这类电池供电的电机驱动设备越来越多，选择适合的电机驱动器成了研发工程师们不得不面对的一道难题。

一款优秀的电机驱动器，需要提高效率并集成更多功能，帮助制造商在各种应用中降低整体系统成本、减少组件数量简化物料清单（BOM）。在细分领域还有特定的要求，比如在汽车电气化应用中要能够降低噪音，在电池供电设备中要减小封装尺寸和提高易用性来满足甚至超过客户需求。

Allegro是谁？

2022年5月，运动控制和节能系统传感技术和功率半导体解决方案厂商Allegro MicroSystems宣布达成第30亿颗电机驱动器芯片出货，这样的发展势头不禁令人对这家公司产生了浓厚的兴趣。

采访了Allegro MicroSystems电机（工业）产品线总监 Andy Wang，从该公司的技术优势、产品布局，到市场客户策略和社会责任，为大家揭秘这家公司，并了解30亿颗芯片出货的背后有着什么样的技术优势。

据介绍，Allegro创立于1990年，已经服务于电机控制行业有数十年之久。多年来，其电机驱动器业务取得了长足增长，从汽车到工业再到消费品的各个行业，Allegro的电机驱动芯片很可能存在于大家每天都在使用的电子设备中。

Allegro产品设计的目标是让客户的设计更简单、体积更小、更安全。“我们电机驱动器芯片上的许多优势，都可以转化为客户产品设计方面的优势，” Andy Wang说到，“包括减小 PCB 尺寸，减少集成过程中所需的研发费用等。”通过把先进的专有算法集成到硬件，还能够显著提高效率，缩短产品上市时间。 

一些增长快速的新兴市场客户，缺乏专门针对电机驱动器的软件开发资源，因而经常依赖自由职业者和承包商程序员。Allegro通过将代码直接嵌入到 IC，能够帮助这些客户显著降低开发负担，这有助于他们更快地进入市场。

2019年，Allegro公司推出 QuietMo​​tionTM 电机驱动器时，其中就包括首次面市的磁场定向控制 (FOC) 无刷直流 (BLDC) 电机控制器，无需客户编写代码，可以使用直观的图形用户界面访问这些设置。

以数据中心应用为例阐述技术优势

当前从事电机驱动厂商很多，从欧美日本的大厂，再到中国目前层出不穷的新创半导体公司，各家都有自己的特点。Allegro产品的优势在哪里呢？

以电机驱动在数据中心的应用为例，以往当服务器风扇发生故障或损坏时，空气回流会导致它们反向旋转，其它正常运转的风扇必须加倍地工作以补偿由此产生的回流气流，这会增大电力消耗。防止反向旋转的传统解决方案是添加外部电路和组件作为断电制动器，但这些组件不适合于1U 风扇。而且这种传统方法需要软件编码，增大物料清单 (BoM)和系统体积，并延缓上市速度。

针对这些痛点，Allegro最新推出的数据中心解决方案A89332，扩大了三相无感BLDC栅极驱动器的产品组合，该方案集成了先进的断电制动功能，这有助于提高数据中心工作环境的安全性，并降低数据中心的能源消耗。

据Andy Wang介绍，Allegro这些驱动器具有创新的集成式断电制动（PLB） (A89332) 和交流断电 (A89332-1) 功能，通过对工作不正常的风扇施加制动来阻止其反向旋转，减少气流回旋，从而帮助降低不必要的电力消耗。这种集成解决方案所提供的制动性能是分立方案的四倍，能够减小不必要的能源消耗，提高热效率，最终降低数据中心成本。

A89332 和 A89332-1均采用 26 触点 4mm x 4mm QFN 封装，带有外露散热焊盘（后缀 EX）。两款器件均不含铅，采用 100% 雾锡引线框电镀。通过结合 A89332-1 的 AC断电逻辑，Allegro 现在能够凭借小封装，尺寸比同类产品小36%的栅极驱动器服务高端服务器市场，非常适合于“甜甜圈式（donut）”电路板设计。

同时Allegro 还提供服务器散热风扇免代码解决方案，公司创新的嵌入式算法和图形用户界面 (GUI) 无需额外的霍尔效应位置传感器和电机控制单元 (MCU)，也无需额外的软件开发，这有助于系统设计人员降低研发成本，简化电机调试，并缩短上市时间。由于对外部组件的需求减少，有助于进一步优化系统成本，提高可靠性，而集成式功能在客户面临严格的设计要求时可提供更高灵活性。

Andy Wang表示：“业界对于运行更可持续、耗电量更少的数据中心需求正在加速增长，这不仅仅是需要建造低维护的‘熄灯式’设施，服务器和相关设备设计人员也正在寻找新的方法来减少热量和电力消耗，而风扇在其中发挥着重要作用。一段时间以来，我们一直在专注于数据中心市场，随着 A89332 和 A89332-1 的推出，冷却系统的控制将得以大幅改进，能够实现更高效率。”

未来电机驱动器发展趋势

有观点认为目前电机驱动硬件提升的空间已经不大，要实现各家产品差异化主要看软件、算法和仿真。对此Andy Wang表示，就硬件而言，Allegro在不断创新和改进硬件设计，特别是电机驱动器芯片。“同时，Allegro在软件和算法设计方面所取得的进展非常明显，能够进一步改进电机驱动器硬件的实施，从而提高系统性能。”

而目前MCU中集成电机驱动器的做法，有独立驱动器 + DSP或MCU集成驱动器，哪一种方法会是未来电机驱动的趋势？Andy Wang相信两者将长期共存，因为独立的MCU能够为客户提供更灵活的方案；另一方面，电机驱动器加上 DSP 和 MCU 的替代解决方案则能够为客户提供更高级别的集成，从而减小系统的尺寸。

“Allegro 拥有适用于这些系统设计方法的所有解决方案。”他补充道。

近年来，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带（WBG）功率器件逐渐普及，有望在电动汽车和绿色能源等应用中迅速取得一定市场份额，也给电机驱动器设计带来了的新思路。传统的驱动器解决方案通常需要较大占位面积和附加组件，例如需要笨重的变压器或滤波器、单独的 PCB 和连接器，这样才可以实现EMC合规性，并满足安全法规。

“而宽禁带器件为设计人员提供更高的效率、更高的开关频率、更高的工作温度以及在严苛工作条件下的更高可靠性。” Andy Wang指出。

Allegro最近宣布意向收购Heyday Integrated Circuits，后者是一家专注于设计和提供紧凑型、完全集成的隔离式栅极驱动器的公司，其产品可在高电压氮化镓和碳化硅等宽禁带半导体设计中实现高效能量转换。

在此次收购完成后，将大大加快Allegro为绿色能源、先进移动性和运动控制解决方案等市场提供高压设计领先节能技术平台的努力。

“30亿”里程碑达成，助力“双碳”不停步

当前，在当前碳达峰、碳中和以及节能减排的大背景下，人们对电机变频控制提出了更高的要求。例如电机控制PCB越做越小，要求芯片的集成度更高，同时电机运行要求平稳少噪音，在运行效率上也对芯片运算能力提出更高要求。

与此同时，全球对更高效工业产品的需求增长快速，工业领域出现了对电池供电设备的巨大需求。无论是电动汽车还是电池供电的工业设备，都在追求节能和延长电池寿命，以达成碳中和、碳达峰的要求。

Allegro的产品设计理念，一直以来都致力于帮助客户应对碳排放和能源效率以及清洁、可再生能源等相关的全球性挑战，并以此创造积极的环境和社会效果。Allegro对半导体设计和制造采取可持续性优先的策略，在公司整个供应链和运营中都整合有可持续发展规范。

就电机驱动器而言，一些应用正在从 12V 转向24V甚至48V系统，Allegro的一项技术创新是使用户能够以更高的电压运行电机，从而降低电流，从而减少能量损失。除了混合动力和电动汽车之外，Allegro 电机驱动器还可用于其它能够减少环境影响的应用，包括太阳能电池阵列、数据中心冷却风扇、高效HVAC系统等。未来他们也将继续在新产品开发中不断突破，以降低能耗、延长电池寿命并最大限度地减少碳排放。

Andy Wang表示，创新是 Allegro DNA 的核心，公司一直在寻求改进现有的设计，并为解决复杂和具有挑战性的问题提供新的解决方案。电机驱动器出货量超过30亿是一个里程碑，这见证了Allegro在市场的持续成功和快速增长。“以重新定义传感和功率半导体技术的未来为使命，Allegro 将继续致力于为从绿色能源到先进的运动控制系统开发更智能的解决方案，为客户提供更大的竞争优势并推动技术的进步。”