工业化国家超过半数的电能消耗在电动马达上。由于电动马达占三分之二的工业用电以及四分之一左右的家庭用电，因此改善电动马达的效能，将可大幅节约能源并降低操作成本。设计马达驱动时，主要应该考虑能源效率而非一般的「马达价钱为何？」

新世代的微控制器可控制无刷直流马达（BLDC）、永磁同步马达（PMSM），与交流感应马达式的能源效用，对降低整体能源消耗有相当的贡献。

电动马达的拥有成本主要来自电力成本。在整个使用寿命中，相较与原始购买价格与维护成本，电力占了90%以上的的整体马达成本。美国能源部（DOE）的数据显示，使用效能高出4~6%的马达，若每年运转4,000小时以上，两年即可回本。举例来说，一般的200W BLDC马达价格约为100欧元，比低效率的同等级有刷马达大约贵了30%，但即使更换现有马达不可行或需要非常高额的投资，将驱动控制器或算法优化也很有意义。

一般的工业设施中，电动马达大约占了三分之二的整体能源消耗。若要改善电动马达的效能并降低作业成本，必须考虑许多因素。

主要应该考虑的因素包括：

马达在低于全额定负载40%以下操作时，效率会大幅减低，因此正确的马达尺寸对降低作业成本来说相当重要。马达的尺寸应该让负载因子介于65%到100%之间。一般习惯选择较大的马达尺寸，结果造成较低的马达操作效率。

各种马达技术如有刷直流马达、无刷直流马达、步进马达或交流感应马达，在购买价格、控制设计、作业成本与能源效率等方面，各有不同的优点。各式应用所使用的马达控制类型（图一）对能源效率有很大的影响。由于价格低廉且控制电路简单，低功率的应用经常使用步进马达与有刷直流马达，然而其能源效率较低，因此作业成本较高。BLDC、PMSM或交流感应马达加上高效能马达控制算法，再搭载优化的微控制器，可以提供最具能源效率的解决方案。无刷马达可以采用多种马达控制系统算法，包含梯形、正弦，以及磁场导向控制（FOC）等。

《图一 区块转换（Block commutation）》

最简单但效能最低的方法是梯形控制或区块转换，亦称为六步控制（图二）。六个换向步骤中，马达驱动器提供两绕组间的电流路径，而第三个马达相位则保持分离。转矩涟波会造成效能限制，产生振动、噪音、机械磨损、以及伺服效能的降低。无刷马达控制需要转子位置的信息以及马达换向的机制。一般使用霍尔效应的传感器来感测转子的绝对位置，但接线较多且成本较高。无传感器的BLDC 控制使用马达的反电动势来估算转子位置，无需使用霍尔传感器。无传感器的控制对低成本的变速应用如风扇与帮浦等来说是不可或缺的。冰箱与空调压缩机使用BLDC马达时，也需要无传感器的控制。

《图二 正弦控制》

正弦控制也称为电压频率（V/f）换向，可消除区块转换的部分问题（图二）。正弦控制器以平滑的电流驱动马达的三绕组，解决转矩涟波问题并使旋转顺畅，然而正弦换向的基本问题，在于使用基本比例积分（PI）控制算法来控制随时间变化的马达电流，而不计入相位间的交互作用，使得相位间的交互作用造成在高速时的效能损失。

《图三 无传感器FOC》

正弦换向在低速时可产生平顺的动作，但在高速时效率较低，而区块转换在高速时相对有效率，但在低速时会产生转矩涟波，因此出现了具备两方优点的FOC（图三）。FOC可使电动马达的效率增至 95%，减少电力消耗、噪音，并提供优越的转矩动态效能，使变频器的效能提高，同量转矩下可采用较小的功率级与较小的马达尺寸。

FOC算法是去除时间与速率的相依性，直接并独立控制磁通量与转矩。FOC 算法使用克拉克与帕克数学转换公式（Clarke and Park transformations），将马达的电性状态转换为两维的时间不变旋转框架。FOC可用于交流感应与无刷直流马达，改善效率与效能，也可用于现有的马达上，将控制系统升级。

结论

对于高效马达驱动的需求，使得微控制器必须具备越来越多的功能，如具有霍尔传感器／不具传感器的BLDC马达区块转换、BLDC或PMSM马达的FOC、交流感应马达的V/f换向，以及复杂的高阶马达驱动器的FOC与PFC。完整的工具链、专属的应用套件，以及优化微控制器，可帮助设计高效率的马达控制，缩短上市时间。