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电机控制应用不断迭代,ST平台化方案满足碎片化需求

http://www.ec.hc360.com2020年07月01日10:58 来源:电子产品世界T|T

    随着空调、冰箱等白色家电更严苛的节能、质量标准出台,需要更加绿色或小体积的解决方案。在机器人、无人机、电动工具等工业领域,也需要更加高效、节能的电机,工业物联网更提出了具有预测性维护、故障诊断等功能的电机解决方案。

    近日,ST亚太区功率分立器件和模拟产品部区域营销及应用副总裁FrancescoMUGGERI向电子产品世界记者介绍了这方面的新趋势,及ST向中国主推的新产品。

    ST亚太区功率分立器件和模拟产品部区域营销及应用副总裁FrancescoMUGGERI

    1空调解决方案

    我国从7月1日起强制实施极其严格的新空调系统能效标准(A+)。这意味着在售产品都必须使用新标准解决方案,所有旧空调系统需要在一定时间内更换相关部件,如逆变器或变频端电路。

    ST的解决方案可以完全满足上述需求,其优势是:传统半导体解决方案换成新的高能效解决方案,成本在几美元到10美元,这意味着每个方案的总体成本大约在提升10~12美元。另外,ST有一个覆盖从15kW到7kW的空调系统应用平台(如下图),该平台可通过用户界面提供固件更新和cubeSDK开发工具,支持压缩机电机定制;提供所有STM32、电源模块、分立和模拟器件、电路板。

    具体地,ST可以有7种架构支持同一种解决方案。例如针对1.5kW和2kW的空调方案,ST提供4种不同的架构,不同的客户可以选择适合自己的方案。

    ①完全分立的解决方案,ST可以让客户以他喜欢的方式设计板子布局,这是较好又方便的方法。

    ②采用ACEPACK模块,可用3个模块处理高功率,这样可以通过紧凑型解决方案提供更高的功率。

    ③如果空间有限,还可以使用双模块MOSFET解决方案,例如,STM32F3或G4搭配SLLIMMIPM系列智能电源模块(如下图)。

    ④ST还设计了另一种架构,在STM32内核外围集成驱动电路以及该分立解决方案,这是针对空间稍小应用优化的解决方案。

    值得一提的是,ST还有1.5kW和2kW双电机驱动器方案(如下图),1个MCU能够同时驱动2台电机,非常经济划算。

    2冰箱解决方案

    如今冰箱能效标准已经提高到A类以上,对振动和能耗提出了更高的要求;另外空间使用率在冰箱中也很重要,合理的空间设计是尽可能地将所有冰箱空间分配给食物存放,而不是电子元器件。

    ST的IGBT解决方案和STM32生态系统非常适合设计新一代的冰箱。

    3高度碎片化的电机市场需要丰富、灵活的解决方案

    电机驱动市场非常庞大且碎片化。

    在家电领域,除了空调和冰箱,洗衣机、空气干燥器和洗碗机等解决方案。除了家电外,餐厅、工厂、食品生产商和食品加工厂也有电器设备。以空调类为例,HAVC(暖通空调)相关行业有暖风、通风和空调,还有地板温度、空气质量、湿度等。每种应用有不同的需求。凡是涉及电机控制,ST就有相应的解决方案,即使没有演示板,也有开发工具包。

    ST还进军电动自行车、专业无人机、吸尘器、园艺工具、专业电动工具和工厂自动化(机器人)电机控制领域。例如,机器人需要高水平的运算能力,因为需要通过高水平的数据计算来获得极高的控制精度。因此,计算能力是自动化的基本要求。医疗设备也有控制精度要求。3D电机控制是如何控制3轴运动,如何满足3D打印机对精度和速度的严格要求是一大挑战。每种应用都有不同的需求。例如,工厂生产线对功率等级要求很高,而火车等轨道交通工具对模块的要求更高,这使电机控制设计变得非常重要和复杂。

    ST在此的优势是有独特的技术,可提供系统封装(SiP),且ST有各种封装可供选择,可以满足这个高度碎片化市场的需求。此外,人们也需要的更大的灵活性来加快客户产品的上市时间。ST的一个特色是,即使只有2个中国小客户要求ST提供解决方案,ST也可以与全球合作伙伴合力开发这个解决方案,优化产品成本。

    4工业预测性维护

    电机的故障诊断是工业物联网的一项重点,ST已经解决和正在解决的问题有2个方面。

    ①预测性维护,即预测故障,ST已有了解决方案。例如,电机可能在2周内停机,因此,你将有2周的时间安排生产计划,停止生产线运行,维修电机,成本要比突然停机低得多。如果访问ST的网站,就会发现有个BFA001b1b评估板,这个解决方案目前已经商用。由于有IO-link连接技术,板子能够部署预测性维护解决方案。

    ②故障检测功能,指在发生故障时,故障检测技术可以确保生产连续性。ST正在开发这项技术中。

    5ST的电机方案强在哪儿

    据IHSMarkit、ABIResearch、WSTS和ST的估算,ST在家电电机IGBT与IPM(智能功率模块)的份额大于10%;在对制造和过程自动化、电力与能源、楼宇和住宅控制、以及其他行业的数据统计中,由ST智能电力解决方案驱动的低压电机超过10亿台,占11%的市场份额。

    ST在亚洲的可服务市场(SAM)2019年约为20亿美元,从2019—2023年的年均增长率预计为11.6%(如下图)。

    ST为何有强大的市场地位,主要源于以下特色。

    1)打造了电机控制的生态系统

    与一些电机驱动芯片仅提供单点芯片不同,ST有全面的生态系统,有广泛的产品组合(如下图),其中产品超过130种,销售超过15亿片。ST在IGBT和高压MOSFET的市场排名靠前,在低压功率器件方面也是如此。此外,ST还有通用MCU、安全MCU和EEPROM等产品。

    ST电机驱动有两种出色的技术:STDRIVE栅极驱动器和STSPIN电机控制器。

    2)注重IGBT的投资

    IGBT沟栅场截止技术是ST的最大的投资项目之一。“如果你去市场调查,有1/5的空调、冰箱和洗衣机客户称在用ST的IGBT。”MUGGERI先生称。ST在IGBT技术等方面的投资在支持ST的业务增长,ST已经形成了差异化的产品组合,覆盖从600V、1200V到1700V的电压区间。此外,ST的HB2系列IGBT技术让工业空调和工业冰箱能够处理更高的电流。

    ST的封装是电源模块封装的一张牌。对于IPM(智能电源模块)——当想要缩小方案尺寸并限制空间体积时,可以使用多种SLLIMM封装,包括SLLIMMnanoSMD系列、SLLIMMnano、SLLIMMnano第二代、SLLIMM第二代的产品组合(如下图)。

    对于高于5kW的电动机有ACEPACK,也是有多种封装(如下图)。

    3)灵活的电机控制器

    明星产品是STSPIN32F0。该款产品有2个版本。①45V的低压驱动器,用于电池供电的解决方案,也可以用于设计某些电动工具或小型家电。②电压600V的高压产品,电压250V的中压产品。

    这些板子覆盖多个电压区间。宽输入电压意味着控制内部MCU有多种可行方法。单电阻和三电阻电流检测意味着可以在不同的拓扑内驱动外部单相或三相电机。这个方案和基于STM32的方案有些不同,如果使用STM32,则需要标准组件和内部尺寸大于38mm38mm的电路板,而这个方案可能只需要17mm17mm的面积,面积减少约80%。因此,对于关注空间问题的应用,例如机器人和无人机,该方案是非常理想的。如果需要减小冰箱等大家电的尺寸,这个方案也可以提供非常灵活和优化的性能。

    4)丰富的传感器

    通过提高运动传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器和语音控制/麦克风的感测水平和智能水平,ST一直在不断地推动家电和工业技术的发展。

责任编辑:黄美婷

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