ST線上工業巡迴論壇 襄助工程師掌握智慧世代市場脈動
- 台北訊
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工業4.0推動新世代產業革命浪潮，智慧化成為全球製造業最重要的趨勢，不過對多數業者而言，智慧化仍屬於新概念，仍需援引外部專業力量，方能建構完整合用的平台，為協助製造業者順利打造效益與成本兼具的系統，深耕工業領域多年的ST，特於近期舉辦三場「意法半導體線上工業巡迴系列論壇」，針對自動化、馬達控制，以及電源與能源等主題，剖析市場最新的技術與解決方案。
在自動化的主題論壇中，Eric Lo首先以自動化系統為題，介紹目前自動化技術的全貌。他指出目前自動化技術的應用可分為工廠與家庭/建築兩大區塊，台灣作為全球製造重鎮，各製造業者導入工業自動化已有多年，包括SCADA、PLC、MES、工業機器人、3D列印、機器視覺等軟硬體的應用都已相當成熟。
至於智慧家庭與建築方面，則有廠商導入各種通訊標準協定，用於健康照護、居家安全、能源管控、燈光與空調控制等，ST的自動化領域布局相當深，在工廠與家庭/建築等領域均有多起成功案例，可協助業者建構最佳自動化平台。
現代工業系統對機台設備的訊息掌握需求日益升高，Neil Chuang就以「ST低功耗RF產品推動工業互聯互通」為題，剖析工業場域的低功耗無線技術趨勢。
他表示工業系統高度重視資安、彈性、穩定度與可靠性，因此所選擇的通訊技術也必須以此為重，近期低功耗藍牙在工業領域的應用漸廣，Sub-1GHz則在大樓自動化有深厚的發展潛力，此外資產追蹤會以RTLS(即時定位系統)為主，這些低功耗通訊技術未來在製造系統的應用將漸廣漸深，並成為建構智慧工廠的關鍵，ST在此已有完整產品線，將可成為業者建構系統的最強後盾。
分離式元件與模組對工業設備的運作效益影響甚深，Mimi Young在「生產自動化中功率離散及功率模組」演講中指出，ST擁有完整的IGBT與IPM (Intelligent Power Modules) 產品組合，可適用於工業驅動器、泵浦、焊接、太陽能等系統。
其中離散元件可提供10W到15kW，甚至是更高功率應用，SLLIMM IPM則可用於20W到3kW的產品。在技術方面，ST的功率元件除了持續強化Si MOSFET與Si IGBT的布局外，也積極投入SiC與GaN等新世代功率技術的研發，將可提供自動化市場最完整的功率元件。
飛時感測(ToF)的應用非常廣泛，無論是手機拍照對焦，掃地機沿邊避障，各類無接觸感應系統啟動， 人臉辨識或體溫測量需求的精細距離控制等，都可見到其蹤跡。
在「ST飛行時間解決方案：觸發智慧生活」議題中，Jerry Chang指出，ST是全球第一大ToF感測器供應商，6年來已推出四代多合一解決方案，由於距離準確，準確度不受目標物體的尺寸、顏色或反射率的影響，且可符合最嚴苛的雷射安全標準，因此目前有200餘款手機採用該公司的FlightSense，其除了消費性市場外，ST也推出了高效、小尺寸全域快門影像感測器，可支援機器視覺及相關應用，藉此擴大其產品觸角。
精準控制馬達 強化應用深度與廣度
在「馬達控制」的主題論壇中，Carl Xu在「電池供電的電動工具/吸塵器的馬達控制解決方案」演講中指出，馬達是生產機台設備最重要動力來源之一，ST的馬達控制團隊希望通過創新、便捷、成熟的解決方案，協助客戶強化產品競爭力。
ST在此領域構建了豐富的軟硬體生態系統，業界知名的STM32 MCU擁有完整的FOC韌體函數庫可提供最佳馬達能效，此外STSPIN32F0系列也提供了電動工具與吸塵器的參考設計，工程師可藉此打造高品質產品，除了上述設備外，ST的馬達控制解決方案也可用於無人機、機器手臂、割草機等領域，其應用面向相當多元。
在此次論壇中，Frank Cai也介紹了該公司的風扇類的馬達控制解決方案。他指出，ST在這方面的產品及方案涵蓋了空調室內及室外風扇、抽油煙機、吊扇、工業風扇等領域，其功能包括：初始角度偵測(IAD)、低至1.6Hz 電頻率的BEMF 偵測電路的順風、逆風動態啟動(start on-the-fly)、 成功率高達100%的50萬次啟動測試、逆轉煞車、聲學降噪等功能，全範圍的風機馬達控制解決方案。在此同時，ST也提供了各式開發板，包括從數十瓦的小功率風扇到數千瓦的工業風扇的參考設計。
針對馬達控制 FOC SDK和位置控制，Seven Zeng提到，ST在馬達控制的軟硬體有完整生態系，其中STM32可整合各種週邊元件與設備。他進一步表示，STM32的豐富產品線可對應到高效能、主流規格、低功耗、無線通訊等不同的嵌入式應用。至於在馬達定位控制功能方面，ST的產品則有最大效率的向量控制、有限跳躍策略的軌跡計算器與多組控制器的跟隨模式估計器。此外ST也提供了Evaluation kits，Seven Zeng就在線上展示透過ST EVALKIT的伺服馬達控制，他表示業者可藉此縮短開發時程。
空調是常見的馬達控制應用之一，ST的Win Chang在「馬達控制在空調應用整體解決方案」中指出，空調系統可分為室內與室外兩大部分，這兩大部分都會透過對馬達的控制運轉，達到散熱目標。
針對空調系統的馬達控制，ST提供了STM 32與IPM模組(Intelligent Power Module)這兩種關鍵元件，ST在這兩大產品都有完整布局，業者可依功率、向量控制需求，選擇合適的組合，他表示ST的數位PFC在PF和THD方面皆有出色的表現，此外數位PFC所採用的ST元件(IGBT與Ultrafast Diode)，也有相較競爭對手更高的效能，將可打造高品質空調系統。
AI是近年來各領域的顯學，在工業領域，目前最常見且最易呈現使用價值者，就是設備預維護，Wendy Li針對「用於AI和預測性維護的ST馬達解決方案」演講中指出，AI經過多年演進所研發的機器學習演算法，可從龐大數據中分析出未來可能趨勢，在設備預維護中，可從馬達的震動、聲響，偵測設備狀態，並在故障發生前提醒管理者進行維護，ST現已著手強化AI布局，其STM32Cube.AI可以協助工程師利用STM32 MCU，打造出具備AI功能的預測性維護系統，提升設備的可用性，擴大市場競爭力。
提升電源與能源效率 優化市場競爭力
「意法半導體線上工業巡迴系列論壇」最終場的論壇主題為「電源與能源」，Neo Chen在「5G TPS／CCM圖騰柱PFC中STM32G4的數位電源解決方案」演講中提到，圖騰柱配置常用於PFC拓撲，以實現高效率和高功率密度，ST對此也提供了開發板，此開發板聚焦於圖騰柱PFC轉換器，其可消除二極體的損耗，再加上高頻SiC MOSFET和低頻MDmesh MOSFET，這些設計都可提高整體效率。
他進一步表示，ST的參考設計，其峰值效率約為98.5%、功率密度高達82W/inch3、iTHD失真則在最大負載下低於5%、在最大負載下PF 高於0.98，工程師可依此打造高效能電源平台。
SiC是近年廣受市場矚目的電源新材料， Tianyang Jiang以「基於SiC技術的充電站和儲能應用AC-DC轉換解決方案」為題，介紹ST在SiC技術的成果與產品。
他表示電動車已然成為汽車市場的既定趨勢，而電動車的DC充電樁電源方面，其做法是透過15kW到30kW的功率模組併聯，建構出高達350kW的充電樁，至於在住宅儲能方面，其蓄能容量都高達數千瓦，必須與再生能源發電設備整合，針對這兩大應用的SiC AC-DC轉換，ST的方案包括了STDES-VIENNARECT、STNRG388A、STM32G474，可為這兩大領域打造高品質電源系統。
在「具有用於OLED電視之MasterGaN的10mm高度/150+350W LLC轉換器設計考量」議題中，Max Yi指出，ST的MasterGaN是在半橋配置中，整合了閘極驅動器和兩個增強型GaN電晶體的高階電源解決方案，可用於150+350W的OLED電視，他特別介紹了內建MasterGaN的220x150x10mm尺寸基板，此基板是由350W和150W模組所組成500W板，除了諧振參數和輸出電容外，這兩塊基板的其他部分都是類似，透過此設計，工程師可快速開發出高效率OLED電視電源平台，強化產品品質。
延續上述議題，Kimi Lu以「基於MasterGaN的65W有源箝位反激轉換器的設計考量」為題，進一步介紹ST的MasterGaN。他表示ST帶有平面變壓器65W有源箝位反激式的MasterGaN，將在2021年第3季發表，可滿足CoC Tier 2和DoE 6級效率要求、目標以符合CISPR22B/EN55022B兩種EMC標準，支援USB PD、PPS、SCP、FCP和QC協議，ST MasterGaN的高切換頻率可達到>30W/inch3的高功率密度，減少物料成本，簡化PCB設計，優化產品的電源效能表現。
無線充電的普及速度加快，Alex Li特別以「50W+ RX/TX無線充電」為題，介紹ST在此的布局。他表示無線充電的可用性相當高，可用于各種行動裝置以及工業/電器設備，而ST向來是此技術的領先供應商之一，早期就為全球著名的智慧型手機製造商提供無線充電接收器。
ST提供的一站式解決方案，包括了可應用於智慧型手機與穿戴式裝置的2.5 W、5W、15W標準充電，應用於智慧型手機及其他设备的50W等，業者可從中選擇合適的方案。
5G方面，Alvin Chen在「5G通訊電源功率離散元件解決方案」演講中指出，5G已成為未來各類產業的重點技術，不過由於此標準應用多元，電源管理需求迥異於以往通訊標準，ST擁有完整的電源離散元件產品組合，包括高/低電壓MOSFET、二極體與整流器、SCR Thyristor產品、SiC MOSFET與5G電信SMPS解決方案，可協助設備與系統業者，建構高效能5G平台。
在控制器電熔絲部分，Neil Chuang接著介紹了ST的DC-DC控制器電熔絲熱插拔解決方案。他表示舊有電熔絲有反應時間慢、保護不完全、事故發生後必須更換熔絲等缺點，ST可解決上述缺點的方案，此產品透過DFN和Flip-chip的小型塑膠封裝，整合了控制電路和低導通電阻的電源開關，將輸入端口連接至負載，eFuse串聯連接到主電源軌時，可偵測過電流和過電壓情況並對其做出快速反應。另外發生過載情況時，設備會將輸出電流限制為用戶定義，有效保護設備安全。
「意法半導體線上工業巡迴系列論壇」匯集了ST深耕工業領域多年的成果，此次活動完整介紹了市場趨勢與ST的完整解決方案，業者可藉此掌握產業脈動，並快速打造高品質的工業系統，掌握即將到來的商機。
