ST：電機驅動器向高集成度、小體積、高性價比演進

　　無人機、陪伴機器人、工業機械手、3D打印機、智能門鎖、電動牙刷……，電機的應用種類和數量越來越多。同時，電機驅動器的集成度會越來越高、體積越來越小、成本越來越低。近日，ST(意法半導體公司)亞太區智能電源、IPAD、保護器件部市場和應用總監David Lucchetti指出。他是在該公司STSPIN電機控制產品媒體交流會上表達此觀點的。

　　電機驅動器趨勢

　　怎樣算是一個好的電機產品?主要滿足客戶的不同需求，有的客戶對電壓看重，例如要低至1.5V的電壓；有的對體積或散熱等看重;有的重視精度，例如256微步步進電機的應用場合主要是位置傳感，可用于醫療注射泵，對藥劑量注射要非常準確，但速度不一定快；有的重視性價比。ST的一些產品換成了新型的超微型QFN封裝，使封裝尺寸更小、價格更便宜，也相應地提高了性價比。

　　為了實現高集成度，ST正在做SiP(系統級封裝)。主要有兩種途徑，如下圖。

　　具體地，第一種途徑是把驅動器和功率芯片進行封裝集成，即PowerSTEP系列。例如PowerSTEP01里面有8個MOSFET，堪稱業界最先進的產品，主要因為性能指標高：85V，5~10A，封裝很薄(因此散熱好)。如下照片。

　　另一途徑是“驅動器+STM32 MCU”，例如2016年11月推出的“STSPIN32F0系列”。優勢之一是設計速度快，因有STM32F0 MCU；二是集成度高，簡化了設計，節省了BOM(物料清單)。照片如下圖。

　　那么，為何目前只有基于ARM Cortex-M0的集成產品(STSPIN32F0系列)，而沒有基于M3、M4的集成驅動產品？因M3、M4針對更高端的應用，但ST目前進軍的中低端大批量市場目前還不需要更高端，例如電動工具等，過去是8位MCU，現在升級到基于32位的M0控制，已非常進步。在中低端市場，M0性價比比M4高，可滿足從有傳感到無(位置)傳感、再到SoC控制等的需要。當然，后續會有集成M4的驅動器系列推出。

　　那么，為何不進一步提高集成度：把驅動器、功率器件和MCU做成三位一體？因為從市場角度，加入MOSFET后功率選擇不夠靈活，應用領域會受限。另外，從技術角度，驅動器和MCU大部分是邏輯電路，而MOSFET是功率電路，把邏輯和功率部分融合，需要做設計的平衡。

　　在節省成本方面，盡管無刷直流電機(BLDC)很有優勢，但是還要根據具體情況。例如消費類機器人/陪伴機器人對成本敏感，通常采用直流有刷電機。掃地機器人也是直流有刷電機。因為有刷直流電機價格便宜，性價比高，壽命如果不要求一二十年，還是很劃算的。因此ST與客戶一起合作，推出了很多直流有刷產品，例如前幾天的2017年4月，ST發布了面向便攜式電池供電物聯網硬件的2.6A微型“有刷直流電機”驅動器芯片STSPIN250。

　　ST的優勢

　　ST做電機驅動有30年的歷史，業界第一個“預驅動+MOSFET”、“預驅動+MCU單片產品就是ST推出的，而且這些集成的芯片(die)都是ST自家的，不是外購的，因此ST了解其設計訣竅(konw-how)，可以匹配得很好。

　　業界第一個BCD(Bipolar+CMOS+DMOS)是ST做出來的，難點是模擬與數字、功率電路做在一起。如今ST已是第8代BCD技術。

　　目前， STSPIN是全球銷量最大的電機驅動產品家族之一，有125種產品型號，從電池驅動的小功率(5W，例如電動牙刷用)，到100W的單片多功能產品，乃至SiP封裝的500W產品(如下圖)。封裝方面，有最小的QFN 3mmx3mm封裝。

　　STSPIN主要面向工業市場。和同業相比，ST的優勢：1.產品在市場上的驗證度。由于ST主要是做工業產品，多年下來積累了高可靠性的經驗。2.功率器件是自己的工藝，比在市場上買來再封裝的SiP產品更靠譜。3.M0 MCU有標準的庫，資源豐富。4.封裝做得好。

　　從生態系統角度看，有評估板，像搭積木一樣可以模擬出一個系統。ST還有針對一些應用，例如3D打印機的完整的解決方案(如下照片)，可以從官網上免費下載，只需簡單優化即可。

　　部分明星產品

　　單片式多功能IC方面，2016年7月ST針對IoT推出三款產品，STSPIN220步進電機驅動器針對那些對位置功率控制有要求的場合，定位分辨率達到每步256微步。STSPIN230堪稱三相無刷電機驅動器中業界最小的，可簡化客戶設計，例如無人機云臺(如下照片)。STSPIN240是雙電機驅動器，適合小型的閥門控制。

　　照片：ST云臺萬向節控制方案，采用STSPIN230驅動無刷直流電機(BLDC)，特點是功耗低，可用于無人機航拍。注：通常的視頻監控/安防采用步進電機。

　　2017年4月12日推出面向便攜式電池供電物聯網硬件的微型“有刷直流電機”驅動器芯片STSPIN250，2.6A，面積3mmX3mm，集成一個功率MOSFET全橋和一個關斷時間固定的PWM電流控制器。

　　STSPIN高級步進電機驅動器有L6470、L6472與L6474

　　SiP芯片組方面，2016年11月，推出STSPIN32F0系列智能電機控制器，針對智能工業和高端消費電子。

　　如何服務客戶?

　　生態鏈方面，ST面對的客戶主要是方案客戶，比較單一。因為方案客戶(含IDH)通常有一定的設計能力，ST能配合這些方案客戶/IDH(設計公司)。而方案客戶對接電機廠。

　　那么，算法方面如何幫到客戶？客戶主要有兩大類，第一類非常懂電機，會自己編程和算法;另一類客戶只知道用電機，但對具體的電機控制沒有概念，為此，L6470、L6472等把算法集成進去了，客戶只要給SPI發命令即可控制。

　　談到市場特點，消費類電子的特點是起得快、走得也快(即生命周期短)，例如前兩年很火的平衡車，因此很難預測其市場。

　　但馬達/電機市場總的特點是越來越大。一些應用盡管很難區分是消費類還是工業類，例如服務/陪伴機器人，轉軸越來越多，因此馬達的需求量越來越大。

　　展示亮點

　　展示中，筆者觀察有兩個特點：1.這么多電機在一起工作，聲音很輕，可見損耗小，效率高。另一個特點是：ST及代理商的產品同臺展示。ST重在展示大的應用方向，代理商側重某個行業的具體方案，例如吸塵器。

照片 空調風機演示版，基于STM32F0和IPM NANO空調室內風機和吊扇的方案

　　照片：糖果機模型，基于STM32和X-Nucleo系列開發板

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