技術與應用同步進化 馬達控制提供絕佳動能

馬達是現代生活中重要的動力來源之一，近年來智慧化應用漸多，精準、即時、創新成為現在馬達控制領域的重要設計，10月於六福皇宮飯店舉辦之「2018年意法半導體馬達控制技術研討會」中，邀請產業的專業人士，針對馬達的最新技術走向與應用設計，發表一系列精采演說。

工業4.0浪潮襲來 馬達控制重要性日增

意法半導體台灣區總經理尹容指出，透過感測器、通訊技術與數位化架構，工業4.0翻轉了全球產業，未來數位化將成為製造業的重要趨勢，讓不同領域的專業人士與管理階層，都能快速掌握生產訊息。

他以工業4.0帶起的預測保養為例，包括馬達在內的大部分設備，一旦非預期停機，都將對業者帶來重大損失，因此保養維修向來是製造業的重點工作，而過去定時巡檢方是屬於被動作法，無法完全了解馬達狀態。現在透過感測器擷取馬達的電流、震動、溫度等數據、再將資料傳輸至後端運算平台進行分機，即可精準且即時的掌握馬達的資訊，將非預期性停機的機率降至最低。

意法半導體長期耕耘工業領域，並針對各類型應用提出相關解決方案，其產品組含涵蓋了馬達控制的各類需求，包括馬達運動、工業通訊與感測技術等，均已居於領先地位，除了產品外，意法半導體也提供了完整的開發工具，協助客戶快速進入市場。

對於馬達控制的解決方案，意法半導體工業及功率離散元件產品部馬達控制系統經理Dino Costanzo則表示，為了協助客戶縮短上市時程，公司推出了包括硬體參考設計、應用開發板與馬達控制函式庫的韌體應用模組。使用者可透過意法半導體的工具進行產品評估與技能培訓，不僅能提供架構圖與設計審查，還可與FAE合作調整設計，改善效能。

意法半導體在馬達控制的產品生產系統相當完整，在控制器方面另有8位元與32位元MCU；離散元件部分則有智慧電源模組(IPM)、功率電晶體、AC開關、馬達驅動器IC；工作系統方面擁有軟體圖像控制介面與全客製化即時通訊平台，韌體函式庫還有完整功能與FOC與6步方波演算法。Dino Costanzo進一步指出，現在馬達的應用越來越廣泛，需求也漸趨多元，馬達控制元件必須滿足大量的差異化需求，意法半導體完整的產品線與各項支援，將可成為工程師的最佳後盾。

智慧家電趨勢成形 馬達技術與日俱進

馬達驅動應用部分，威技電器吳濡郁以自家產品為例，介紹了各類家電產品的馬達控制技術與應用。他表示，威技電器的主力產品為空調、冷氣、空氣清淨機等，而壓縮機是空調設備的重要零組件，為了因應市場需求，威技電器於2004年設立了壓縮機產線，目前年產能約為180萬~200萬組。

對於變頻器的馬達需求，現在變頻器對節能省電、無段變速、振動小、低噪音與重量輕有高度要求，因此變頻塑封馬達成為主流選擇，吳濡郁表示，此類型馬達可用更少的電力瓦數，達到同樣效能，另外由於已從交流轉為直流，再透過空間向量調變，重新調整電流電壓，因此在轉速部分，不必像早期繼電器只能有少數的段數切換，目前市場上立扇最多已可切換到32段，對於家電產品來說，非常實用，因此變頻塑封馬達，未來將會成為家電領域的重要元件。而威技電器也將持續在綠能節能領域，貢獻一份心力。

功率模組離散元件也是馬達控制的重要零組件，意法半導體技術行銷專案經理陳文聰指出，透過更具智慧化的功率模組離散元件，馬達控制將可更高效、更節能。目前馬達控制會用到的離散元件包括IPM(Intelligent Power Module)、MOSFET、IGBT與功率模組。

意法半導體在家電、工業與行動設備，均有相關的功率離散元件產品，有助於縮小設備體積、提高效能。對於效能需求更高的產品，則有對應的IGBT與MOSFET。意法半導體的IGBT產品線非常齊全，從600V到650V、1200V、1250V一應俱全。

針對馬達控制的軟體開發套件，意法半導體應用工程師周信廷則表示，意法半導體今年推出新版本的MCSDK 5.0，使用者可從公司官網安裝。這套開發工具採用全新的演算法，能夠自動測量永磁同步馬達的電氣特性，並僅需數分鐘，以3個步驟就能設定、啟動、運作全新的馬達。

MCSDK 5.0新版韌體庫結合了STM32CubeMX硬體抽象層及底層架構。MCSDK 5.0利用STM32CubeMX生成完整程式碼，其中包含所有必要底層驅動與馬達控製程式，且STM32CubeMX在背景執行無須使用者操作，進而簡化馬達驅動的開發、客製和除錯過程，同時強化馬達控制和客製化功能。

意法半導體的MCSDK演算法可大幅提升效能及處理負載條件不斷變化的最大轉矩電流比，以及用於擴大速度範圍的弱磁控制和用於強化高轉速穩定性的前饋控制。其他功能包括當轉子已經在旋轉時確保驅動平穩插入的「在線啟動」功能，室外空調的風扇或排風扇通常都需要這項功能。

在馬達控制創新議題中，意法半導體技術行銷經理林進裕則從馬達驅動IC的市場布局與產品區隔切入。他表示，意法半導體在馬達控制德產品組合相當豐富，包括直流馬達、無刷馬達和步進馬達，另有1.8V至80V應用範圍的解決方案。意法半導體採用先進控制技術，對於小瓦特數的應用的封裝方式採用超小型的QFN封裝。

驅動技術方面，意法半導體提供適用於驅動IGBT、MOSFET的解決方案，並採用OP-Amp作為保護和向量控制方式。高功率部分則有安全，易用，可擴充的高密度功率SiP解決方案，可支援不同類型馬達。

目前意法半導體的STSPIN產品線相當齊全，包括10瓦、50瓦、100瓦與350瓦，應用則從小型的家電、手工具到大型的工業機器人。在馬達驅動產品中，新產品STSPIN32F0A的封裝尺寸僅7mm x 7mm，其內部整合閘極驅動器STM32F0微控制器(MCU)、3.3V DC/DC切換式轉換器，以及12V LDO低壓差穩壓器，可讓工程師的開發更具競爭力的產品。

威雅利電子則在會中介紹該公司應用意法半導體產品設計的高速無刷直流空壓解決方案。威雅利電子的業務主要是針對不同領域的馬達應用，提供設計電路板，縮短統廠商的開發時程，目前客戶族群包括空調、工業風扇、低壓吸塵器、農業飼養系統等。威雅利電子在現場展示該公司所設計的高整合開發板，其MCU採用意法半導體的STSPIN32F0，MOS則為STL140N6F7，其他包括ECap、NTC與Shunt Resistor均選擇知名廠家的產品，而這些零組件都可依據客戶需求彈性調配。

應用案例部分，威雅利電子介紹了兩個案例，第一個是提供六步方波與弦波控制的解決方案，此一方案採六步控制方式，具有高整合度與低開發難度特色，同時馬達適應性強，並有恒功率控制。第二個為FOC控解決方案，同樣具有高整合度與恒功率控制，雖然稍具控制難度，不過效能較高，且噪音小。威雅利電子指出，目前各類型設備對馬達控制的要求日深，該公司可提供軟硬體兩端的設計協助，提升客戶產品競爭力。

馬達控制核心運算 ST提供強大MCU方案

MCU是馬達的核心控制單元，在此一領域中，ST也有完整布局。意法半導體產品行銷經理余玟宏表示，意法半導體的STM32是全球第一家採用ARM Cortex-M系列內核心的半導體廠商，市場佔有率也相當高。目前意法半導體的MCU擁有12個產品系列、50個產品線、超過800種產品，其採用ARM Cortex的M0/M0+、M3、M4與M7內核心。

針對馬達控制應用，則有8個系列的STM32產品內建硬體馬達控制時鐘，針對不同效能與週邊的需求提供使用者選擇。而馬達控制函式庫自2002年的ST9系列就一直在ST控制器產品上不斷地演進，而在2008年推出全球第一顆Arm Cortex-M系列MCU時，就把FOC控制加入馬達控制函式庫並與STM32系列一起推出。

2018年更將此一原本獨立的函式庫加入意法半導體開發系統STM32CubeMX中，相較以往的版本，除了 FOC SDK v5.0 馬達控制功能，使用者可以直接在STM32CubeMX 的強大的生態系下開發，初始化控制器的GPIO、接腳、週邊、參數與狀態、產生程式碼，還能共享整個生態系的開發資源。

余玟宏還介紹意法半導體針對馬達控制的兩種STM32 Nucleo Pack套件，其採用32位元Arm Cortex-M的STM32 MCU和STM32 Nucleo開發板，適用於STM32所有系列產品。STM32 Nucleo擴充板則具有感測、通訊、電源與模擬功能，可疊加在STM32 Nucleo開發板或其他擴充板頂部，讓應用更加廣泛。

最後在馬達控制解决方案視訊和應用範例中，Dino Costanzo分享了不同類型的馬達被廣泛使用於各領域，像是三相馬達多用於家電與低輸出設備；步進馬達多用於產業、保全系統、智慧建築與醫療；直流無刷馬達則多為電動工具的供電，而通用型與AC主要應用於需要強勁輸出的家電，像是洗衣機、吸塵器等。

對於不同的種類需求，意法半導體提供了控制和電源、完整驅動器的逆變器與馬達控制套件等各種方案，包括馬達控制套件的硬體板卡、STSPIN32F0/A評估工具、墊子變速器與GIMBAL參考設計等。

Dino Costanzo表示，智慧化已成為未來科技產業的既定趨勢，馬達的應用不但會越來越廣，也會越來越深。針對不同應用，意法半導體以完整產品線提供豐富的產品組合，技術方面此外也持續投入研發，其成果並已為各界廣用，未來將會在技術與應用兩端並進，提供最完善的解決方案。