電機控制應用不斷迭代，ST平臺化方案滿足碎片化需求

隨著空調、冰箱等白色家電更嚴苛的節能、質量標準出臺，需要更加綠色或小體積的解決方案。在機器人、無人機、電動工具等工業領域，也需要更加高效、節能的電機，工業物聯網更提出了具有預測性維護、故障診斷等功能的電機解決方案。 

近日， ST亞太區功率分立器件和模擬產品部區域營銷及應用副總裁Francesco MUGGERI向電子產品世界記者介紹了這方面的新趨勢，及ST向中國主推的新產品。

ST亞太區功率分立器件和模擬產品部區域營銷及應用副總裁Francesco MUGGERI

1 空調解決方案

我國從7月1日起強制實施極其嚴格的新空調系統能效標準（A+）。 這意味著在售產品都必須使用新標準解決方案，所有舊空調系統需要在一定時間內更換相關部件，如逆變器或變頻端電路。

ST的解決方案可以完全滿足上述需求，其優勢是：傳統半導體解決方案換成新的高能效解決方案，成本在幾美元到10美元，這意味著每個方案的總體成本大約在提升10~12美元。另外，ST有一個覆蓋從15kW到7kW的空調系統應用平臺（如下圖），該平臺可通過用戶界面提供固件更新和cube SDK開發工具，支持壓縮機電機定制；提供所有STM32、電源模塊、分立和模擬器件、電路板。

具體地，ST可以有7種架構支持同一種解決方案。例如針對1.5 kW和2 kW的空調方案，ST提供4種不同的架構，不同的客戶可以選擇適合自己的方案。

①完全分立的解決方案，ST可以讓客戶以他喜歡的方式設計板子布局，這是較好又方便的方法。

②采用ACEPACK模塊，可用3個模塊處理高功率，這樣可以通過緊湊型解決方案提供更高的功率。

③如果空間有限，還可以使用雙模塊MOSFET解決方案，例如，STM32F3或G4搭配SLLIMM IPM系列智能電源模塊（如下圖）。

④ST還設計了另一種架構，在STM32內核外圍集成驅動電路以及該分立解決方案，這是針對空間稍小應用優化的解決方案。

值得一提的是，ST還有1.5kW和2kW雙電機驅動器方案（如下圖），1個MCU能夠同時驅動2臺電機，非常經濟劃算。

2 冰箱解決方案

如今冰箱能效標準已經提高到A類以上，對振動和能耗提出了更高的要求；另外空間使用率在冰箱中也很重要，合理的空間設計是盡可能地將所有冰箱空間分配給食物存放，而不是電子元器件。

ST的IGBT解決方案和STM32生態系統非常適合設計新一代的冰箱。

3高度碎片化的電機市場需要豐富、靈活的解決方案

電機驅動市場非常龐大且碎片化。

在家電領域，除了空調和冰箱，洗衣機、空氣干燥器和洗碗機等解決方案。除了家電外，餐廳、工廠、食品生產商和食品加工廠也有電器設備。以空調類為例，HAVC（暖通空調）相關行業有暖風、通風和空調，還有地板溫度、空氣質量、濕度等。每種應用有不同的需求。凡是涉及電機控制，ST就有相應的解決方案，即使沒有演示板，也有開發工具包。

     ST還進軍電動自行車、專業無人機、吸塵器、園藝工具、專業電動工具和工廠自動化（機器人）電機控制領域。例如，機器人需要高水平的運算能力，因為需要通過高水平的數據計算來獲得極高的控制精度。因此，計算能力是自動化的基本要求。醫療設備也有控制精度要求。3D電機控制是如何控制3軸運動，如何滿足3D打印機對精度和速度的嚴格要求是一大挑戰。每種應用都有不同的需求。例如，工廠生產線對功率等級要求很高，而火車等軌道交通工具對模塊的要求更高，這使電機控制設計變得非常重要和復雜。

ST在此的優勢是有獨特的技術，可提供系統封裝（SiP），且ST有各種封裝可供選擇，可以滿足這個高度碎片化市場的需求。此外，人們也需要的更大的靈活性來加快客戶產品的上市時間。ST的一個特色是，即使只有2個中國小客戶要求ST提供解決方案，ST也可以與全球合作伙伴合力開發這個解決方案，優化產品成本。

4 工業預測性維護

電機的故障診斷是工業物聯網的一項重點，ST已經解決和正在解決的問題有2個方面。

①預測性維護，即預測故障，ST已有了解決方案。例如，電機可能在2周內停機，因此，你將有2周的時間安排生產計劃，停止生產線運行，維修電機，成本要比突然停機低得多。如果訪問ST的網站，就會發現有個BFA 001b1b評估板，這個解決方案目前已經商用。由于有IO-link連接技術，板子能夠部署預測性維護解決方案。

②故障檢測功能，指在發生故障時，故障檢測技術可以確保生產連續性。ST正在開發這項技術中。

5 ST的電機方案強在哪兒

據IHS Markit、ABI Research、WSTS和ST的估算，ST在家電電機IGBT與IPM（智能功率模塊）的份額大于10%；在對制造和過程自動化、電力與能源、樓宇和住宅控制、以及其他行業的數據統計中，由ST智能電力解決方案驅動的低壓電機超過10億臺，占11%的市場份額。

ST在亞洲的可服務市場（SAM）2019年約為20億美元，從2019—2023年的年均增長率預計為11.6%（如下圖）。

ST為何有強大的市場地位，主要源于以下特色。

1）打造了電機控制的生態系統

與一些電機驅動芯片僅提供單點芯片不同，ST有全面的生態系統，有廣泛的產品組合（如下圖），其中產品超過130種，銷售超過15億片。ST在IGBT和高壓 MOSFET的市場排名靠前，在低壓功率器件方面也是如此。此外，ST還有通用MCU、安全MCU和EEPROM等產品。

ST電機驅動有兩種出色的技術： STDRIVE柵極驅動器和STSPIN電機控制器。

2）注重IGBT的投資

IGBT 溝柵場截止技術是ST的最大的投資項目之一?！叭绻闳ナ袌稣{查，有1/5的空調、冰箱和洗衣機客戶稱在用ST的IGBT?！?MUGGERI先生稱。ST在IGBT技術等方面的投資在支持ST的業務增長，ST已經形成了差異化的產品組合，覆蓋從600 V、1200 V到1700 V的電壓區間。此外，ST的HB2系列IGBT技術讓工業空調和工業冰箱能夠處理更高的電流。

ST的封裝是電源模塊封裝的一張王牌。對于IPM（智能電源模塊）——當想要縮小方案尺寸并限制空間體積時，可以使用多種SLLIMM封裝，包括SLLIMM nano SMD系列、SLLIMM nano、SLLIMM nano第二代、SLLIMM第二代的產品組合（如下圖）。

對于高于5kW的電動機有ACEPACK，也是有多種封裝（如下圖）。

3）靈活的電機控制器

明星產品是STSPIN32F0。該款產品有2個版本。①最高45V的低壓驅動器，用于電池供電的解決方案，也可以用于設計某些電動工具或小型家電。②最高電壓600V的高壓產品，最高電壓250V的中壓產品。

這些板子覆蓋多個電壓區間。寬輸入電壓意味著控制內部MCU有多種可行方法。單電阻和三電阻電流檢測意味著可以在不同的拓撲內驅動外部單相或三相電機。這個方案和基于STM32的方案有些不同，如果使用STM32，則需要標準組件和內部尺寸大于38 mm38 mm的電路板，而這個方案可能只需要17 mm17 mm的面積，面積減少約80％。因此，對于關注空間問題的應用，例如機器人和無人機，該方案是非常理想的。如果需要減小冰箱等大家電的尺寸，這個方案也可以提供非常靈活和優化的性能。

4）豐富的傳感器

通過提高運動傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器和語音控制/麥克風的感測水平和智能水平，ST一直在不斷地推動家電和工業技術的發展。