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馬達驅動技術研討會

智慧馬達控制一應俱全 意法穩坐市場龍頭寶座
2014/12/17-賴品如  

在全球積極發展智慧城市、智慧家庭的趨勢下,智慧元件都朝向低功耗的方向發展,尤其過去為人所詬病的馬達控制器,也必須兼顧能源效率的特色,才能符合世界潮流所需。

台灣在馬達產業向來在全球佔有一席之地,在智慧馬達世代來臨之際,業者勢必要提升自身研發能力,才能持續保有領導地位,搶下智慧設備帶來的龐大商機。

鑑於打造綠能城市已經成為世界潮流,身為全球半導體龍頭的意法半導體,特別在2014年12月2日舉辦馬達技術研討會,除介紹馬達驅動控制解決方案之外,也邀請專家分析馬達控制市場的應用趨勢,寄望能協助台灣廠商搶進商機新藍海市場。

意法半導體台灣區總經理Giuseppe Izzo。
   
意法半導體大中華暨南亞區行銷總監David Lucchetti 。
意法半導體是全球最大半導體公司之一,近來每年業績都有非常亮眼的表現,2013年營收達到80.8億美元,目前全球員工人數約45,000人,分布在35個國家的79個營運據點之中,並且擁有12個晶圓製造中心,不僅可確保供貨無虞,還可提供合作夥伴非常完整的解決方案。

由於半導體產業競爭非常激烈,意法半導體打造了高達9,000人的研發團隊,多年來已經累積超過16,000個專利,2013年更有598專利正在申請之中。

意法半導體台灣區總經理Giuseppe Izzo說:「意法半導體產品線可分成嵌入式元件,以及感測、車載、電源控制等兩大類,許多產品都被大量應用在汽車、穿戴式設備、健康照護等產品中,我們在感測元件、智慧電源、車載系統、微控制器、消費性電子等領域有很好的表現,這也是全球智慧設備未來發展的重點,所以我們會全力提供合作夥伴所需的技術支援,攜手進攻難得一見的新商機。」

馬達控制器一應俱全  同步推出多種開發工具

耕耘智慧電源、馬達控制晶片多年的意法半導體,由於產品線非常齊全,無論是小功率設備,或者是專為2kV以上馬達設計的微控制器,所以向來是市場上最後歡迎的品牌。

意法半導體馬達控制解決方案最大特色,在電壓控制晶片方面,可提供先進多階微步進控制,IC設計人員可以依照應用程式需求,精準、流暢的控制馬達運作,讓智慧設備發揮預期的效果。此外,即便在電流控制器方面,則具備簡單易用,開放、彈性、可擴充的特性,讓企業原有的投資可以重複被利用,使得開發成本能大幅降低,亦能隨時依照市場需求開發出新商品。

意法半導體大中華暨南亞區行銷總監David Lucchetti解釋:「意法半導體在馬達控制器領域的產品很完整,大致上可以分成3大類型,首先是針對工廠自動化設備、辦公室自動化設備、收銀機、醫療、玩具等低功率產品,我們有xPIN系列的解決方案可以滿足合作夥伴的開發需求。

在工業應用、智慧家電、照明控制、濕度控制等中高功率設備,則有TD35X、L638x、L639x等三大系列產品,至於高功耗的工業設備、工廠自動化、車載系統等需求,也有gapDRIVE可以搭配使用,是業界少數能夠提供完整解決方案的供應商。」

有別於其他馬達控制器供應商,意法半導體不僅產品線非常齊全,更同步提供豐富而完整的開發工具,讓企業可以縮短新產品開發流程、降低研發成本,以最快時間搶進消費市場。

該公司提供的開發套件分成Evaluation board、X-NUCLEO board、Discovery board三大類,以最新推出xSPIN Discovery Kits為例,開發板上面預先整合STM32微處理器,可免去IC設計師額外連接微控制器的繁瑣流程,而且還可透過USB埠與電腦連接,直接將撰寫好的程式碼寫入晶片中,進行概念驗證與測試,是非常方便且使用的開發工具。

David Lucchetti表示:「意法半導體提供多元化的技術支援,除了有各種開發板可以選擇之外,也會在網站不定時公布技術新知、開發應用參考範例等等,對剛進入新產品開發階段,或者想瞭解馬達控制的設計師,都會有很大的幫助。」

集成式馬達控制器好處多  能免去繁瑣設計流程

隨著馬達製造技術不斷進步,訴求安靜、節能的無刷直流馬達,不僅成為智慧型家電的最佳選擇,更是主打中高階市場的精密機械廠,提高產品品質的最佳選擇。

市面上生產馬達控制元件的廠商不少,所以要驅動馬達運作的難度不高,只是若想要做到可精準控制電壓、電流值,讓智慧家電、工業設備能依照預期目標運作時,便得要花很多時間在微控制器、MOSFET與IGBT等電源週邊元件的搭配,以及相關參數調整與校調上,對多數智慧設備製造商來說是一項很大的挑戰。

意法半導體技術行銷經理林進裕說:「智慧設備製造商多半都是專注在應用情境發想與設計上,而非馬達本體的控制與調整。有鑑於此,我們針對低電壓、低電流的智慧型設備,推出預先把微控制器、MOSFET與IGBT等元件整合於一體的集成式馬達控制解決方案,並且由意法半導體研發團隊完成相關參數調整與校調,合作夥伴只需要告知要搭配的馬達形式,我們即可已提供最適合的解決方案。」

意法半導體的集成式馬達控制解決方案有PowerSpin、EasySpin、FlexSpin、DSpin、CSpin系列等等,每個系列功能與效能都有些許差異,如EasySpin在多階微步進控制功能之外,還具備可程式化、自動故障檢測的功能,至於屬於為高階設備設計的DSpin、CSpin系列,則在上述功能之外還加入完整斷電保護機制,可避免因為市電供應不穩發生設備故障的問題。

「除了集成式解決方案之外,對需要在高電壓、高電流環境中運作的智慧型設備,我們也有推出SmartDrive、gapDRIVE等解決方案。」林進裕指出:「考量要做好馬達控制需要專業知識,所以意法半導體也成立了一個馬達控制論壇,上面有很多寶貴資訊可以參考,當然若需要更多技術支援服務,亦可以跟我們聯絡。」

意法半導體在台灣除設有先進技術研發實驗室之外,也有完整的銷售與行銷團隊,可依照不同產業與應用情境,提供全方位的技術協助,協助合作夥伴縮短商品開發流程,將複雜的學習曲線降到最低。

馬達控制器供貨長而穩定  可應付各種惡劣環境

意法半導體能夠在馬達控制領域成為全球主要供應商,不光切入市場時間較早,更在於產品品質非常穩定,而且每個元件供貨時間都很長,對設備生命週期較長的工業設備客戶,完全不需要擔心會發生零件停產或停止供貨,能讓多年累積的研發成果獲得最佳回報。

意法半導體技術行銷經理原野表示:「至今仍然還有很多客戶持續向我們訂購10年前推出的第一代馬達控制晶片,關鍵就在於元件品質很穩定,即便在125度的高溫下,依然可以保持正常、穩定運作,因此合作夥伴可以專心在產品功能面的開發上。」

意法半導體針對低電壓、電流設計的xPIN系列,已經被廣泛使用在工業、醫療、玩具、辦公室設備、營業場所之中,例如舞台燈光、博奕機、印表機、掃描機、監控設備、售票機、ATM等等,其中有許多設備都是處於需24小時運作的環境中,因此對馬達控制元件的要求都非常高,正好也佐證意法半導體解決方案確實具備高可靠度、高穩定度等特性,足以應付非常惡劣的工業場所。

屬於入門級的PowerSPin系列,是採用極為優異的類比混合式訊號技術,是業界最先進的全整合式解決方案,非常適用於驅動具有微步進功能的雙相雙極步進馬達。該系列馬達控制器內建支援N通道MOSFET電源級整合雙全橋閘極驅動器,並內建非耗散性過電流保護功能。

其中,L6480馬達控制器具備獨特的電壓模式驅動模式,能針對BEMF、匯流排電壓以及不同的馬達繞組進行補償,因此能達到真正 1/128 微步進控制。

至於另一款,同屬PowerSPin系列的L6482馬達驅動器,則是採用全新的電流控制方法,具有1/16微步進的控制能力,其數位控制核心可產生使用者自定義的運動曲線,並可透過專用的暫存器組輕鬆編程加速度、減速度、速度或目標位置,比傳統電流控制方式精準。

「我們在馬達控制晶片中,加入很多其他廠商沒有的先進設計。」原野說:「例如在完善保護機制設計方面,無論是過熱熱、低匯流排電壓、過電流、馬達失速等等,我們都有設計多種情境設定電流保護跳脫點、失效時間、PWM 頻率等類等,達到保護設備的目的,能滿足最嚴苛的馬達控制應用需求。」

dSPIN系列功能先進  專為3A電流設備打造

前面提到的PowerSPIN系列,主要是針對應用環境較單純的直流微步進馬達設計,具有縮減覆蓋區和降低成本的優點,目有支援2.8A、1.4A等功率版本,以及SO、PowerSO、DIP、QFN等4種封裝規格可以選擇,足以應付各種組裝與功率處理需求。

至於dSPIN系列部分,則是針對需要3A電流才能運作的設備所設計,這是一款全整合式微步進馬達驅動器,配備運動引擎和 SPI介面,具有RDS(on) 功率級的特性,可以提供合作夥伴最完美的馬達控制表現。

dSPIN系列採用全新設計的數位控制核心,透過高速SPI介面與微處理器溝通,讓IC設計師能使依照不同使用情境下的需求,給予馬達目標速度、加速/減速、絕對和相對位置等參數,讓智慧設備能發揮原有的功能。dSPIN系列一共有兩款集成式解決方案,其中採電壓控制能力的L6470馬達驅動器,可以提供 128微步進的控制能力,在低速運作時具有低噪音與低振動的特點,能讓智慧設備走向輕巧、簡便的設計。

意法半導體FAE經理張文益解釋:「至於另一款L6472馬達驅動器,則是採用先進電流控制技術,透過整合式非耗散性電流感測元件即可做到電流控制,能提供高達16微步進的控制能力,內建自適性衰變功能技術,能減少電流漣波的影響。而且在馬達控制器中無需加入分流電阻,即可感測相位電流高低,並同樣具備完整過電保護功能,堪稱是最符合成本效益的解決方案。」

為了讓更多合作夥伴能夠善用L6470馬達驅動器的優異特性,意法半導體也以該晶片為核心,推出兩款專屬開發版STEVAL-PCC009V2、EVAL6470,其中STEVAL-PCC009V2預先整合微處理器,並且內建USB介面,可加速概念驗證的速度,對欲積極搶入智慧設備市場的台灣企業,堪稱是不可缺少的最佳開發套件。

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