ST在线工业巡回论坛 襄助工程师掌握智能时代市场脉动
- 台北讯
工业4.0推动新时代产业革命浪潮,智能化成为全球制造业最重要的趋势,不过对多数业者而言,智能化仍属于新概念,仍需援引外部专业力量,方能建构完整合用的平台,为协助制造业者顺利打造效益与成本兼具的系统,深耕工业领域多年的ST,特于近期举办三场「意法半导体在线工业巡回系列论坛」,针对自动化、马达控制,以及电源与能源等主题,剖析市场最新的技术与解决方案。
在自动化的主题论坛中,Eric Lo首先以自动化系统为题,介绍目前自动化技术的全貌。他指出目前自动化技术的应用可分为工厂与家庭/建筑两大区块,台湾作为全球制造重镇,各制造业者导入工业自动化已有多年,包括SCADA、PLC、MES、工业机器人、3D打印、机器视觉等软硬件的应用都已相当成熟。
至于智能家庭与建筑方面,则有厂商导入各种通讯标准协定,用于健康照护、居家安全、能源管控、灯光与空调控制等,ST的自动化领域布局相当深,在工厂与家庭/建筑等领域均有多起成功案例,可协助业者建构最佳自动化平台。
现代工业系统对机台设备的信息掌握需求日益升高,Neil Chuang就以「ST低功耗RF产品推动工业互联互通」为题,剖析工业场域的低功耗无线技术趋势。
他表示工业系统高度重视网安、弹性、稳定度与可靠性,因此所选择的通讯技术也必须以此为重,近期低功耗蓝牙在工业领域的应用渐广,Sub-1GHz则在大楼自动化有深厚的发展潜力,此外资产追踪会以RTLS(实时定位系统)为主,这些低功耗通讯技术未来在制造系统的应用将渐广渐深,并成为建构智能工厂的关键,ST在此已有完整产品线,将可成为业者建构系统的最强后盾。
分离式元件与模块对工业设备的运作效益影响甚深,Mimi Young在「生产自动化中功率离散及功率模块」演讲中指出,ST拥有完整的IGBT与IPM (Intelligent Power Modules) 产品组合,可适用于工业驱动器、泵浦、焊接、太阳能等系统。
其中离散元件可提供10W到15kW,甚至是更高功率应用,SLLIMM IPM则可用于20W到3kW的产品。在技术方面,ST的功率元件除了持续强化Si MOSFET与Si IGBT的布局外,也积极投入SiC与GaN等新时代功率技术的研发,将可提供自动化市场最完整的功率元件。
飞时传感(ToF)的应用非常广泛,无论是手机拍照对焦,扫地机沿边避障,各类无接触感应系统启动, 人脸识别或体温测量需求的精细距离控制等,都可见到其踪迹。
在「ST飞行时间解决方案:触发智能生活」议题中,Jerry Chang指出,ST是全球第一大ToF传感器供应商,6年来已推出四代多合一解决方案,由于距离准确,准确度不受目标物体的尺寸、颜色或反射率的影响,且可符合最严苛的雷射安全标准,因此目前有200余款手机采用该公司的FlightSense,其除了消费性市场外,ST也推出了高效、小尺寸全域快门影像传感器,可支持机器视觉及相关应用,借此扩大其产品触角。
精准控制马达 强化应用深度与广度
在「马达控制」的主题论坛中,Carl Xu在「电池供电的电动工具/吸尘器的马达控制解决方案」演讲中指出,马达是生产机台设备最重要动力来源之一,ST的马达控制团队希望通过创新、便捷、成熟的解决方案,协助客户强化产品竞争力。
ST在此领域构建了丰富的软硬件生态系统,业界知名的STM32 MCU拥有完整的FOC韧体函数库可提供最佳马达能效,此外STSPIN32F0系列也提供了电动工具与吸尘器的参考设计,工程师可借此打造高品质产品,除了上述设备外,ST的马达控制解决方案也可用于无人机、机器手臂、割草机等领域,其应用面向相当多元。
在此次论坛中,Frank Cai也介绍了该公司的风扇类的马达控制解决方案。他指出,ST在这方面的产品及方案涵盖了空调室内及室外风扇、抽油烟机、吊扇、工业风扇等领域,其功能包括:初始角度侦测(IAD)、低至1.6Hz 电频率的BEMF 侦测电路的顺风、逆风动态启动(start on-the-fly)、 成功率高达100%的50万次启动测试、逆转煞车、声学降噪等功能,全范围的风机马达控制解决方案。在此同时,ST也提供了各式开发板,包括从数十瓦的小功率风扇到数千瓦的工业风扇的参考设计。
针对马达控制 FOC SDK和位置控制,Seven Zeng提到,ST在马达控制的软硬件有完整生态系,其中STM32可整合各种周边元件与设备。他进一步表示,STM32的丰富产品线可对应到高效能、主流规格、低功耗、无线通讯等不同的嵌入式应用。至于在马达定位控制功能方面,ST的产品则有最大效率的矢量控制、有限跳跃策略的轨迹计算器与多组控制器的跟随模式估计器。此外ST也提供了Evaluation kits,Seven Zeng就在在线展示透过ST EVALKIT的伺服马达控制,他表示业者可借此缩短开发时程。
空调是常见的马达控制应用之一,ST的Win Chang在「马达控制在空调应用整体解决方案」中指出,空调系统可分为室内与室外两大部分,这两大部分都会透过对马达的控制运转,达到散热目标。
针对空调系统的马达控制,ST提供了STM 32与IPM模块(Intelligent Power Module)这两种关键元件,ST在这两大产品都有完整布局,业者可依功率、矢量控制需求,选择合适的组合,他表示ST的数码PFC在PF和THD方面皆有出色的表现,此外数码PFC所采用的ST元件(IGBT与Ultrafast Diode),也有相较竞争对手更高的效能,将可打造高品质空调系统。
AI是近年来各领域的显学,在工业领域,目前最常见且最易呈现使用价值者,就是设备预维护,Wendy Li针对「用于AI和预测性维护的ST马达解决方案」演讲中指出,AI经过多年演进所研发的机器学习演算法,可从庞大数据中分析出未来可能趋势,在设备预维护中,可从马达的震动、声响,侦测设备状态,并在故障发生前提醒管理者进行维护,ST现已着手强化AI布局,其STM32Cube.AI可以协助工程师利用STM32 MCU,打造出具备AI功能的预测性维护系统,提升设备的可用性,扩大市场竞争力。
提升电源与能源效率 优化市场竞争力
「意法半导体在线工业巡回系列论坛」最终场的论坛主题为「电源与能源」,Neo Chen在「5G TPS/CCM图腾柱PFC中STM32G4的数码电源解决方案」演讲中提到,图腾柱配置常用于PFC拓扑,以实现高效率和高功率密度,ST对此也提供了开发板,此开发板聚焦于图腾柱PFC转换器,其可消除二极管的损耗,再加上高频SiC MOSFET和低频MDmesh MOSFET,这些设计都可提高整体效率。
他进一步表示,ST的参考设计,其峰值效率约为98.5%、功率密度高达82W/inch3、iTHD失真则在最大负载下低于5%、在最大负载下PF 高于0.98,工程师可依此打造高效能电源平台。
SiC是近年广受市场瞩目的电源新材料, Tianyang Jiang以「基于SiC技术的充电站和储能应用AC-DC转换解决方案」为题,介绍ST在SiC技术的成果与产品。
他表示电动车已然成为汽车市场的既定趋势,而电动车的DC充电桩电源方面,其做法是透过15kW到30kW的功率模块并联,建构出高达350kW的充电桩,至于在住宅储能方面,其蓄能容量都高达数千瓦,必须与再生能源发电设备整合,针对这两大应用的SiC AC-DC转换,ST的方案包括了STDES-VIENNARECT、STNRG388A、STM32G474,可为这两大领域打造高品质电源系统。
在「具有用于OLED电视之MasterGaN的10mm高度/150+350W LLC转换器设计考量」议题中,Max Yi指出,ST的MasterGaN是在半桥配置中,整合了闸极驱动器和两个增强型GaN晶体管的高端电源解决方案,可用于150+350W的OLED电视,他特别介绍了内建MasterGaN的220x150x10mm尺寸基板,此基板是由350W和150W模块所组成500W板,除了谐振参数和输出电容外,这两块基板的其他部分都是类似,透过此设计,工程师可快速开发出高效率OLED电视电源平台,强化产品品质。
延续上述议题,Kimi Lu以「基于MasterGaN的65W有源箝位反激转换器的设计考量」为题,进一步介绍ST的MasterGaN。他表示ST带有平面变压器65W有源箝位反激式的MasterGaN,将在2021年第3季发表,可满足CoC Tier 2和DoE 6级效率要求、目标以符合CISPR22B/EN55022B两种EMC标准,支持USB PD、PPS、SCP、FCP和QC协议,ST MasterGaN的高切换频率可达到>30W/inch3的高功率密度,减少物料成本,简化PCB设计,优化产品的电源效能表现。
无线充电的普及速度加快,Alex Li特别以「50W+ RX/TX无线充电」为题,介绍ST在此的布局。他表示无线充电的可用性相当高,可用于各种移动设备以及工业/电器设备,而ST向来是此技术的领先供应商之一,早期就为全球着名的智能手机制造商提供无线充电接收器。
ST提供的一站式解决方案,包括了可应用于智能手机与穿戴式装置的2.5 W、5W、15W标准充电,应用于智能手机及其他设备的50W等,业者可从中选择合适的方案。
5G方面,Alvin Chen在「5G通讯电源功率离散元件解决方案」演讲中指出,5G已成为未来各类产业的重点技术,不过由于此标准应用多元,电源管理需求迥异于以往通讯标准,ST拥有完整的电源离散元件产品组合,包括高/低电压MOSFET、二极管与整流器、SCR Thyristor产品、SiC MOSFET与5G电信SMPS解决方案,可协助设备与系统业者,建构高效能5G平台。
在控制器电熔丝部分,Neil Chuang接着介绍了ST的DC-DC控制器电熔丝热插拔解决方案。他表示旧有电熔丝有反应时间慢、保护不完全、事故发生后必须更换熔丝等缺点,ST可解决上述缺点的方案,此产品透过DFN和Flip-chip的小型塑胶封装,整合了控制电路和低导通电阻的电源开关,将输入端口连接至负载,eFuse串联连接到主电源轨时,可侦测过电流和过电压情况并对其做出快速反应。另外发生过载情况时,设备会将输出电流限制为用户定义,有效保护设备安全。
「意法半导体在线工业巡回系列论坛」汇集了ST深耕工业领域多年的成果,此次活动完整介绍了市场趋势与ST的完整解决方案,业者可借此掌握产业脉动,并快速打造高品质的工业系统,掌握即将到来的商机。