介绍

抗辐射电机驱动器和控制器是专为在高辐射环境中可靠运行而设计的专用产品，例如：太空（卫星、运载火箭、行星探测器）、核电站、高能物理/粒子加速器以及国防系统。这些控制器需要承受总电离剂量 (TID)、单粒子效应 (SEE)、位移损伤，并在极端温度、真空等环境下保持性能。

预计抗辐射电机控制器和电机驱动器市场规模将从 2023 年的 8495 万美元增至 2031 年的 1.1138 亿美元。预计在 2023 年至 2031 年的预测期内，该市场将以 3.4% 的复合年增长率增长。

关键部分

按类型

电机控制器

电机驱动

通过电机驱动

交流驱动

直流驱动

无刷直流电机

按应用

太空探索

军事和国防

核电站

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市场增长动力与战略

不断发展的太空探索和商业太空

卫星星座、月球、火星任务、“深空”探测器、商业运载火箭制造商和私营部门太空计划的使用日益增多，需要更耐辐射、更轻、更紧凑的电机控制器。

核能投资与现代化

老化核电站的翻新、小型模块化反应堆（SMR）的建造以及高辐射地区的维护自动化正在增加对辐射硬盘的需求。

国防和国家安全需求

必须在核或放射性威胁环境中运行的系统需要这种强化组件。

小型化、SWaP问题（尺寸、重量、功率）

特别是在卫星中，迫切需要将更多的功能放入更少的芯片或模块中，以节省重量并提高可靠性。

材料与半导体技术的进步

采用绝缘体上硅 (SOI)、容错设计、先进封装、GaN FET、改进的反馈传感器等。

未来趋势

高度集成的单芯片解决方案

为了最大限度地降低 SWaP 成本，设计人员正在将电机控制、位置传感、反馈和驱动电子等多种功能集成到单个 IC 中。例如，Microchip 的 LX7720 将大部分电机控制和位置传感功能集成到单个抗辐射混合信号 IC 中，可用于卫星应用。

更高的辐射耐受性和资质水平

业界正在不断提升TID能力（数百krad，MGy），提高SEE抗扰度，并采用密封和坚固的封装。此外，更多采用塑料封装的耐辐射器件正应用于要求较低但仍属关键任务的应用（例如小型卫星），以降低成本。瑞萨电子已推出GaN FET驱动器和塑料封装的耐辐射PWM控制器。

GaN FET 和高效器件的应用

为了提高效率、加快切换速度并减小尺寸，GaN器件与抗辐射驱动器的结合正变得越来越重要。瑞萨的GaN驱动器就是其中一个例子。

主要参与者和最新进展

微芯片科技公司

LX7720 抗辐射电机控制器：Microchip 推出了 LX7720，这是一款用于卫星的高密度集成混合信号电机控制器 IC。它集成了多个 MOSFET 驱动器（半桥）、差分电流传感器、旋转变压器驱动器、旋转变压器感测输入、限位开关等功能。它可承受 100 krad 总电离剂量 (TID) 和 50 krad 辐射剂量 (ELDRS)，并且不受单次事件的影响。

抗辐射功率MOSFET系列（JANS/JANSF系列）：Microchip于2025年4月完成了其抗辐射功率MOSFET系列的研发，符合MIL PRF 19500/746标准。其中一款值得关注的器件是JANSF2N8587U3（100 V N沟道MOSFET），其总隔离电压（TID）可达300 krad（硅）。该系列涵盖了从约100 V 250 V（较低TID）到更高TID额定值的器件。这些MOSFET可应用于电机驱动/控制前级、直流/直流转换器等。

MACCON有限公司

抗辐射步进电机：我们生产用于辐射环境（例如核电站、科研应用）的步进电机。电机可选配旋转变压器反馈（开环或闭环运行）。非金属部件和反馈传感器经过特殊设计，可抵抗伽马射线  或其他辐射引起的性能下降。

巨型麦哲伦望远镜 (GMT) 的驱动技术：2024 年初，MACCON 获得了一份合同，为 GMT 提供主轴驱动器（方位角和仰角）。这些驱动器采用直接驱动、无齿轮设计，历经数年才得以实现。虽然并非所有驱动器都采用“抗辐射电机控制器”，但望远镜的运行环境（例如高仰角、潜在的宇宙射线）和精度要求要求极高的机械和电子可靠性。

瑞萨电子公司

IS 2100AEH / IS 2100ARH 半桥 MOSFET 驱动器：它们是 130 V 半桥 N 沟道 MOSFET 驱动器 IC，适用于高频应用。这些驱动器经过抗辐射加固，总辐射干扰 (TID) 高达 300 krad (Si)，符合 QML 标准 (MIL PRF 38535)，具有闩锁效应和 SEU 保护功能。它们适用于直流电机驱动级和其他航天应用的电感开关负载。

ISL71441SLHMRZ GaN 半桥驱动器：一款 12V 半桥 GaN FET 驱动器，用于高频高效 DC/DC 开关，也可用于电机驱动器的前端。支持 GaN FET 驱动，以提高效率等。

ISL72814SEH 16 通道电流驱动器：内置解码器的射频硬驱动器，适用于卫星指令和遥测应用。输出电流脉冲用于射频开关、螺线管、继电器、电机（例如倾斜太阳能电池阵列）等。通过将多种功能集成到单个 IC 中，有助于减少封装尺寸/SWaP。

机会

“新太空”/小型卫星热潮

大多数部署小型卫星星座的公司都需要可靠、价格低廉、耐辐射的驱动器/控制器。在成本、集成度、轻量化和功率效率方面，存在差异化的空间。

科研设施

粒子加速器、聚变反应堆、大型物理实验（ITER 等）需要在辐射下进行精确运动。

定制/定制产品

大多数应用都有特定的需求（扭矩、反馈、寿命、辐射剂量等），因此定制是值得赞赏的。

更好的半导体工艺和封装

利用更新的技术、改进的制造工艺（SOI、GaN 等）、密封封装和认证流程来提高性能并降低成本。

挑战/限制

开发和认证费用高，上市时间长。

昂贵的组件，特别是高 TID/SEE 规格的密封包装。

供应链限制，很少有半导体制造厂具有抗辐射能力。

某些商业市场除非有明显需求，否则不愿支付溢价。

未来方向

日益集成的解决方案将电机、驱动器、反馈和控制集成到单个模块或 IC 中。

驱动器采用宽带隙半导体（GaN、SiC），具有更高的效率和功率密度，适合辐射环境。

嵌入人工智能/自适应控制算法，用于跟踪辐射退化并调整操作。

模块化、可扩展的驱动架构，支持多种功率/扭矩模式。

结论

未来十年，抗辐射电机控制器和电机驱动器市场预计将强劲增长。日益增长的太空任务、核工业投资、国防需求以及“新太空”需求等因素，正在推动对高效、紧凑、可靠的抗辐射电机驱动器的需求。

然而，成本、资质、供应链和快节奏的技术进步挑战意味着公司需要继续专注于研发、合作伙伴关系、资质和满足实际用例要求。

常见问题 (FAQ)

“抗辐射”和“耐辐射”之间有什么区别？

抗辐射通常意味着非常严格的设计、材料、封装和资质，以承受高剂量（高TID）、高SEE抗扰度，有时甚至需要密封封装。耐辐射可能对耐受性要求较低（较低的TID，较不恶劣的辐射环境），成本可能较低，可能采用塑料封装等。

这些控制器必须能够承受多少辐射？

取决于具体应用。太空任务可能需要 50 至 300 克拉德（硅）或更高的辐射能量，某些机械部件有时甚至需要 MGy 级别的辐射能量。某些电机（例如 MACCON 的电机）可承受 30 MGy 以上的辐射能量。

抗辐射控制器常用的电机类型有哪些？

步进电机、无刷直流电机、有刷直流电机、混合电机。有时也使用反馈回路，例如旋转变压器或光学编码器（但光学编码器对辐射更敏感）。闭环控制可提高精度。

为什么需要密封包装？

气密密封可防止污染、水和气体逸出，并确保内部环境稳定。在极端温度和真空环境下也同样有效，并可增强辐射下的可靠性。

公司如何对电机控制器/驱动器进行辐射认证？

它们经过总电离剂量 (TID)、位移损伤、单粒子干扰、闩锁等测试。它们还符合军用或航空航天标准（例如 MIL PRF、QML 和其他机构特定标准）。测试在加速实验室进行，并通过任务验证。