親愛的網友:
為確保您享有最佳的瀏覽體驗,建議您提升您的 IE 瀏覽器至最新版本,感謝您的配合。
工業技術與資訊
CTimes零組件
智動化
科技新報
英語島

馬達控制技術趨勢

2018-06-14 16:41CTimes零組件

【作者: 葉奕緯】

2018年6月(第320期)
2018年6月(第320期)
分享

馬達應用範圍相當廣泛,從過去的家電產品、工業機器,一直今日的掃地機器人、監視攝影機,甚至是手機裡頭都包含一顆小型的震動馬達。而節能馬達以及智慧馬達更成為新興趨勢,提供了馬達轉速及扭力偵測的能力。

東芝半導體(Toshiba)資深經理曾彥閔說道,東芝有能力進行晶圓製造與設計,馬達控制除了要能做到邏輯控制外,也需要功率元件的協助。在一般製程上,東芝馬達相關產品僅需點一三(130毫米)就夠用,除非有20伏特以上的產品才需要更高階的製程技術,並且在客戶所要求整合度高、驅動能力強的條件下,若使用最先進的奈米製程反而會導致雜訊產生的風險。

圖1 : 東芝資深經理曾彥閔。(source:東芝)
圖1 : 東芝資深經理曾彥閔。(source:東芝)
分享

同時PCB板的尺寸也越做越小,零件也因高集合化而漸少,廠商偏好小尺寸大電流的結構,以及容易上手的馬達調整介面,這些都是當前馬達控制的趨勢。

智慧馬達中的自我監測

由於節能的需求漸增,馬達也需要更智慧化,因此針對馬達的運轉偵測、轉速偵測、扭力偵測是必不可少的一環。有別以往的馬達驅動產品需要工程師自行下參數,還得花費時間進行馬達的軟硬體匹配,東芝提供的解決方案只需要一片應該用開發板(evaluation board,EVB)就能夠使用。

圖2 : 東芝高解析度微步進馬達驅動器IC 。(source:東芝)
圖2 : 東芝高解析度微步進馬達驅動器IC 。(source:東芝)
分享

東芝的直流無刷馬達(BLDC)擁有自我監測的能力,能降低使用時產生的轉速誤差,它會在馬達上裝設感測器,得知其轉速,並自動調整成合適數值,目前東芝在閉環迴路的轉速誤差以降至極低。目前在應用上以家庭電器居多,同時也包含ATM、自動販賣機、監視器(擺頭)、驗鈔機器等。

瑞薩電子投入AI研發

另外一家微控制器市占率超過兩成的日商瑞薩電子,除了持續在微控制器、ASIC半導體元件、馬達驅動器以及可程式控制器等產品外,近三年也開始開發嵌入式人工智慧(e-AI)晶片,導入物聯網架構以及大數據分析。

瑞薩電子產業事業部經理黎柏均表示:「現在Intel、NVIDIA都在推邊緣運算,他們的概念是對的,但當你要在每一台感測器、節點都能夠進行強大運算時,佈建成本會太高,客戶很難接受其成本。」

因此,瑞薩電子提供給各節點進行輕量數據分析的能力,被稱之為AI Unit,為一創新的嵌入式人工智慧(e-AI)模式,讓感測器在現場收集完數據後再回傳至雲端,等到雲端伺服器處理後,再將數據分析結果回傳至現場。

圖3 : e-AI開發環境可以將學習的DNN結果實現到MCU上。(source:...
圖3 : e-AI開發環境可以將學習的DNN結果實現到MCU上。(source:瑞薩電子)
分享

在此模式下,現場端的設備成本及功耗皆能大幅降低,且由於已建置高效通訊網路,資料傳輸的速度也相當得快,藉此工廠可以達成預防保養以及產能調整的工作,甚至是分辨機台是否輸出假訊號。

例如透過收集、累積及分析各機器的相關數據,例如耗電量、震動等,並比對正常及異常模式的差異,就能推測出機器的故障可能性並進行預防性保養,減少故障維修及停機成本。

同時現今仍在服役的機台設備,有許多是數十年以上的老舊機台,如果是以汰舊換新的方式升級成智慧工廠,將會耗費大量財力、物力,因此使用AI Unit模組來實現IIoT,是較為現實的方法。

目前瑞薩電子採取與研華的合作,瑞薩電子負責提供網路及e-AI晶片與軟體解決方案,研華則負責模組的設計製造。透過研華的WISE-PaaS 2.0所提供的完整軟體架構,終端客戶可以快速實現應用層,建立自己的AI Unit應用模式,這有助於AI Unit快速被市場接受。

羅姆將增加SiC產能

羅姆台灣設計中心所長林志昇表示,羅姆今年宣布了一項投資計畫,將在日本福岡縣的工廠內擴產,增加碳化矽(SiC)功率元件的產出。SiC需要專用的製程技術,需解決SiC在結晶過程的信賴度,還有高溫製程下的特性劣化等問題。雖然成本仍高,但因為SiC能有效提升能源效率,可作業於高溫及高電壓需求的環境,因此適用於電動車,鐵路電車,及工業裝置等應用所青睞。

圖4 : 針對工具機用電源、UPS研發的1200V 400A、600A額定SiC...
圖4 : 針對工具機用電源、UPS研發的1200V 400A、600A額定SiC功率模組。(source:羅姆)
分享

羅姆台灣設計中心所長林志昇表示,羅姆今年宣布了一項投資計畫,將在日本福岡縣的工廠內擴產,增加碳化矽(SiC)功率元件的產出。SiC需要專用的製程技術,需解決SiC在結晶過程的信賴度,還有高溫製程下的特性劣化等問題。雖然成本仍高,但因為SiC能有效提升能源效率,可作業於高溫及高電壓需求的環境,因此適用於電動車,鐵路電車,及工業裝置等應用所青睞。

圖5 : 羅姆台灣設計中心副所長林志昇。(攝影/葉奕緯)
圖5 : 羅姆台灣設計中心副所長林志昇。(攝影/葉奕緯)
分享

羅姆所提供的全碳化矽功率模組,已可以涵蓋100A到600A等主要的額定電流範圍,也推出包括碳化矽SiC元件及其搭配的電源管理、變流電路的閘極驅動器、控制器等相關整合性產品,從單一元件、IC甚至模組,為客戶提供全面性的解決方案,應用於工業設備用電源、太陽能發電功率調節器或UPS等上面適用的變頻器、轉換器等,羅姆也已研發出1200V 400A、600A額定的全碳化矽功率模組。另外有對應到1200V的SiC SBD,以及到1700V的SiC MOSFET。

另外要解決耗能問題,就得仰賴變頻器技術的開發,讓其可以高效驅動用於工業及家用電器的電機。目前可以透過 IPM(智能功率模組)能夠提高封裝效率,高效率驅動電機,符合低耗能、小尺寸、輕重量的需求,羅姆也提供相關IPM產品。

德州儀器高整合解決方案

各個產業對馬達的需求越來越大,同時不同的馬達也應用於不同地方,而在馬達控制上,強調的就是得要符合低功耗、低噪音、安全的需求,近年來,馬達也有朝向自動化發展的趨勢,讓使用者上手更容易,同時開發者也需要加大驅動IC、MCU的整合度,將更多的功能整合在一起,也讓尺寸更小,符合微型化的趨勢。

圖6 : 整合功率MOSFET的三相無感測器馬達驅動器。(source:德州儀器...
圖6 : 整合功率MOSFET的三相無感測器馬達驅動器。(source:德州儀器)
分享

德州儀器半導體行銷與應用經理林家賢比喻道,過去的風扇、吊扇甚至是比電,在開啟後總會發出一陣噪音,影響使用者體驗,因其往往是藉由MCU來控制,工程師需要自行調校裡頭的參數,才能符合客戶的需求,而今則已全面和驅動IC進行整合,可以自動進行調校,這些都是源自於軟體演算法的進步,以及針對電流偵測的精準度(與製程相關)。

圖7 : 德州儀器半導體行銷與應用經理林家賢。(攝影/葉奕緯)
圖7 : 德州儀器半導體行銷與應用經理林家賢。(攝影/葉奕緯)
分享

近期德州儀器所推出的DRV10974,是整合了功率MOSFET的三相無感測器馬達驅動器,其擁有180度正弦換向,並配置一個外部低功耗電阻,電流限制可以通過外部低功耗電阻來設置。

以馬達控制的技術受限看來,主要是在成本以及效能上仍有進步的空間,並且未來的電壓會越做越高,功率範圍越高,也能應用於更多不同的領域,同時控制器也勢必會越聰明,而客戶也喜歡整套解決方案輸出,不需要花費大量時間調校,因此整合度也需提升,德州儀器在設計、封裝以及製造方面皆有涉獵,更容易達成降低成本的需求。

雖然馬達運行的基礎技術改變不大,但因為需求提升,各廠也針對不同元件進行優化,提供更低功耗、低噪音、高效能的解方,同時也得節省設計端的作業時間。未來在工控、電動車充電站、車用上,馬達也將會有更廣泛的運用。

**刊頭圖:實現馬達智慧控制需要零組件的完美搭配。(source:Unjo)

CTimes零組件

零組件雜誌以「全球中文文化性」為編輯觀點,來報導相關電子零組件之設計應用、生產製造與行銷通路,是一份提供電子零組件完整解決方案的產業知識媒體。

熱門文章

白狼的統促黨比你想的更接地氣!宮廟、農漁會、深綠鄉鎮都有它

2018-08-20 07:36

直擊華為帝國 內有高速公路、四星飯店

2018-08-17 09:24

中國限汙令贏家!小台廠變「汙水醫生」

2018-08-17 09:10

拚減碳廢核 發電一半靠天然氣 台灣賭很大?

2018-08-20 16:04

金控獲利出頭天! 壽險龍頭 金控佳音頻傳

2018-08-17 16:59

全球股災再擴散?土耳其風暴關鍵3問

2018-08-17 09:08

投信大買下半年作帳股

2018-08-17 08:41

圍著核心顧客想 辣妹裝賣到5億業績

2018-08-17 09:15

商品推薦

贊助廣告

商品推薦

留言


Top