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有效輸出電壓為傳統三線馬達1.7倍,PDL六線電機控制晶片企業「山河半導體」加速落地家電、電動汽車等行業

作者|韋世瑋

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自2021年我國“十四五”規劃正式提出“雙碳”目標以來,各行各業都在積極踐行著綠色、節能、環保的理念,透過創新技術進一步提升自身的節能優勢。

從半導體的角度看,電機控制晶片作為影響各類電器裝置的關鍵零部件之一,它在管理能效方面發揮著巨大作用。日前,36氪接觸到的「山河半導體」則是一家專注研發三相六線電機控制晶片與模組的公司。

山河半導體前身是中國香港PDL公司,PDL成立於2018年12月,主要面向家用電器、機器人、電動汽車等市場,研發電機控制晶片及模組,幫助客戶提高產品電機能效和效能,實現降本增效。

2021年8月,公司已成功流片第一顆IC晶片P2830,主打用在直流風扇中,如今第二顆IC P2850已基本設計完成。

實際上,我國作為世界上最大的中小型電機生產、使用和出口大國,電機產品種類繁多,整個中小型電機行業一直保持著較高的增長態勢,廣泛應用於家用電器、醫療器械、電動工具、商業裝置、個人護理等領域。

從市場份額來看,前瞻產業研究測算2020年我國電機市場規模佔全球市場的30%,而美國和歐盟分別佔比27%和20%。此外,中國電器工業協會中小型電機分會對63家企業統計顯示,2020年我國中小型電機行業工業總產值為627。06億元,工業銷售產值614。49億元。

在龐大的中小型電機市場需求下,電機控制IC市場同樣不可小覷。若僅考慮中國冰箱、家用空調、家用電風扇的年產/銷量,每年家電市場對電機控制晶片或模組的總需求至少達到4。56億件。同時,據國外統計機構Yole Developpment資料,預計2023年全球電機模組市場將達13。2億美元(約83。4億人民幣)。

目前在電機領域,傳統的三相三線馬達有著近10%-25%不可避免的能源損耗,其過高的能耗越來越難滿足各行各業愈發嚴格的生產環保法規要求。同時,其較低的單位電壓扭矩轉速也讓產品效能開發逐漸遇到瓶頸,更別說高昂的材料成本對晶片生產工藝提出的更高要求。

山河半導體創始人&CEO劉振韜告訴36氪,多年前他曾發明了一項關於多相交流電機結構及其驅動電路的專利,成功拿到美國發明專利保護了三相六線無刷直流電機的使用。簡單地說,只需對傳統三相三線馬達進行部分改動,即可提升整個馬達的效能。但在他看來,這一技術落地最大的難點在於三相六線馬達供應鏈生產配套的不足,市面上幾乎沒有適合用於六線技術的馬達控制晶片,而這也是他決定成立山河半導體的重要原因。

如今,山河半導體的第一顆晶片P2830已成功流片,該晶片內建場效電晶體最高電壓20V、最大電流1A,輸出最高功率達20W,可覆蓋超70%的直流風扇市場。當最高功率輸出大於20W時,P2830的另一封裝可驅動外接場效電晶體,以解決最大功率要求的限制。

山河半導體的P2830晶片

劉振韜談道,基於山河半導體的

PDL(無刷直流電機)六線技術能夠解決傳統三線馬達在能效、電壓和成本方面的不足:

一是電壓方面,傳統馬達方案為三線半橋驅動,而公司為六線全橋驅動,有效輸出電壓時傳統方案的1。7倍,可有效提高扭矩和轉速,進一步提升產品效能;

二是馬達能效方面,公司採用的全橋驅動技術在電能利用效率上,比半橋三線技術提高了10%-25%;

三是材料及成本方面,六線馬達與三線馬達的結構相同,只需調整連線方法即可適配,同時還減少了10%峰值震盪電壓,讓馬達的運轉更為安靜。

更重要的是,與TI、英飛凌等國外巨頭,以及峰紹科技、中穎電子等國內同行相比,山河半導體最大的差異化優勢在於,大部分玩家主要聚焦三相半橋技術,基本採用65nm-90nm製程工藝,頻率為100MHz-200Mhz,但只能驅動單個或兩個馬達,且需要高速CPU進行運算(峰紹科技為全硬體演算法,無需CPU驅動)。

但山河半導體的PDL-P2830晶片採用三相六線控制+全橋驅動,相容三相三線,並基於全硬體演算法處理,使用ASIC進行運算,運算延時小、速度快、功耗低、驅動效率高,只需採用250nm成熟製程(頻率為25MHz),即可以單片資源同時推動至少5個馬達,大大降低了整體方案的材料及工藝成本。

這一系列技術的實現與山河半導體的核心團隊息息相關。其中,公司創始人&CEO劉振韜為英國牛津理工學院電子/電氣工程理學學士、香港大學工程碩士,曾任職於RCL半導體、摩托羅拉、思睿邏輯(Cirrus Logic)、希迪亞微電子(Chipidea)等知名企業,有著豐富的半導體行業及技術開發經驗;聯合創始人&CTO李展升畢業於香港科技大學電子工程系,曾任職於信泰半導體、摩托羅拉、飛思卡爾半導體等企業,有著超20年全定製IC設計、模擬IC設計和應用經驗。

目前,山河半導體已和臺積電、三星電子、華虹半導體、艾美特、聯想、金羚、Honestar、Alco Holdings等企業達成合作夥伴關係。其中,金羚基於山河半導體PDL-P2830晶片開發的PLD六線技術方案,使可充電風扇馬達驅動模組實現了24。8%的能源節約和20%的電池成本。

與此同時,公司還初步規劃了晶片產品路線圖,

計劃在2022-2025年間,逐步完成四代三相六線電機控制晶片的流片和量產,

逐步覆蓋風扇、電動腳踏車、白色家電、智慧機器人、電動汽車等市場。

接下來一年,山河半導體將主要落實P2850晶片的市場推廣,並

計劃完成3000萬人民幣的Pre-A輪融資,主要用於股東結構最佳化、物料、運營和流片四個方面。

值得一提的是,公司在今年初已啟動將主體從香港遷至深圳,之後深圳總部主要負責產品平臺除錯、客戶資源拓展等工作,香港辦公室則主要負責晶片設計。