電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）近年來，割草機器人市場呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢。據(jù)Statista數(shù)據(jù)顯示，2023年全球智能割草機器人市場規(guī)模約15億美元，預計2025年將增至30億美元，2030年更有望突破80億美元，年復合增長率超20%。隨著人們生活品質(zhì)提升，對庭院自動化管理的需求日益旺盛，割草機器人憑借其便捷高效的特點，逐漸成為眾多家庭庭院護理的標配，走進千家萬戶。

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

聚焦芯片，提供定制化合作模式

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

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

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

在合作模式上，中微半導提供靈活多樣的選擇。肖英強調(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)主要包括兩個層面：一是芯片級定制，當現(xiàn)有芯片無法滿足客戶需求時，根據(jù)客戶要求對規(guī)格進行優(yōu)化或調(diào)整；二是方案級深度合作，例如針對特定性能（如效率、噪聲、響應(yīng)速度等）進行算法優(yōu)化。這種合作模式能夠充分滿足不同客戶的個性化需求，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

與室內(nèi)機器人相比，割草機器人需長期在室外工作，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，整個系統(tǒng)在戶外環(huán)境中的高可靠性尤為關(guān)鍵。以電機控制系統(tǒng)為例，中微半導在多個層面進行了系統(tǒng)性設(shè)計。

在芯片層面，從設(shè)計、晶圓測試、封裝到生產(chǎn)管理均進行全面考量，遵循高可靠性要求，例如ESD指標均按行業(yè)高標準定義與實現(xiàn)，以幫助客戶更從容應(yīng)對干燥低溫等高靜電工況，確?？刂瓢宸€(wěn)定運行。在晶圓測試階段，引入三溫測試，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)頭部封測大廠合作，嚴格把關(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，重點關(guān)注系統(tǒng)效率，通過在母線電壓抖動抑制、觀測器精度、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系統(tǒng)的效能，實現(xiàn)溫升控制與效率提升。

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

割草機器人需在戶外長時間自主作業(yè)，單次續(xù)航2-4小時，這對芯片提出了“低功耗+高算力”的雙重挑戰(zhàn)。肖英表示，以MCU為例，中微半導的電機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、開方運算等專用計算單元，可充分滿足割草機器人對實時算力的高要求。

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)計層面的多維度創(chuàng)新，實現(xiàn)了高性能與低功耗的協(xié)同設(shè)計。具體策略包括采用流水線架構(gòu)與專用硬件加速器，針對電機控制算法設(shè)計定制化硬件電路，大幅減少晶體管使用量和所需時鐘周期，既提升計算效率，也降低非關(guān)鍵電路的動態(tài)功耗；運用時鐘門控技術(shù)，及時關(guān)閉無需工作模塊的時鐘信號，減少電路翻轉(zhuǎn)帶來的功耗；采用電源門控設(shè)計，對長時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)級功耗優(yōu)化措施，使中微半導的MCU在復雜實時控制任務(wù)中保持出色的能效比，滿足割草機等戶外移動設(shè)備對高可靠性與長續(xù)航的雙重需求。

割草機器人電機需同時滿足“輕量化+高扭矩+低噪音”的要求，庭院場景對噪音要求小于60dB。肖英介紹，中微半導通過“芯片+應(yīng)用方案”相結(jié)合的方式，從系統(tǒng)層面實現(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、LDO及反電動勢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。

針對高扭矩與低噪音需求，通過算法實現(xiàn)優(yōu)化。高扭矩控制核心在于準確的角度觀測，中微半導采用脈沖注入與高頻注入等技術(shù)實現(xiàn)啟動角度精準辨識，并深入研究主流觀測器，為割草機器人匹配最適合的觀測器或混合觀測策略。同時，濾波器技術(shù)也至關(guān)重要，割草機運行環(huán)境復雜，易引入采樣噪聲，中微半導能有效濾除采樣噪聲并實現(xiàn)精準補償，保障輸入信號的魯棒性，確保系統(tǒng)觀測與運行的可靠性。

在無刷電機控制中，方波控制常見于大多數(shù)工具類應(yīng)用，而在對靜音要求較高的場景，中微半導采用FOC控制，F(xiàn)OC憑借其低諧波特性，可實現(xiàn)更低的電磁噪聲與轉(zhuǎn)矩波動，天然具備噪聲優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上，公司還應(yīng)用死區(qū)與管壓降補償、諧波優(yōu)化、諧波注入及單電阻采樣低噪等多項技術(shù)，進一步全面降低運行噪聲。

未來展望：技術(shù)演進與布局方向

肖英認為，從整體發(fā)展趨勢來看，機器人系統(tǒng)正不斷朝向高功率密度方向演進，這對芯片及系統(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，割草機器人未來很可能大規(guī)模采用第三代半導體作為功率控制器件。

在芯片層面，中微半導將持續(xù)推動高算力與低功耗的協(xié)同優(yōu)化，未來會推出更高主頻和集成更多硬件計算單元的產(chǎn)品。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，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)動技術(shù)實現(xiàn)對開關(guān)損耗的動態(tài)調(diào)節(jié)。從方案層面看，電機控制及電機本體設(shè)計雖理論成熟，但仍需不斷融入新技術(shù)突破。中微半導的電機控制團隊將堅持以實際應(yīng)用為導向，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。