馬達應(yīng)用範(fàn)圍相當(dāng)廣泛，從過去的家電產(chǎn)品、工業(yè)機器，一直今日的掃地機器人、監(jiān)視攝影機，甚至是手機裡頭都包含一顆小型的震動馬達。而節(jié)能馬達以及智慧馬達更成為新興趨勢，提供了馬達轉(zhuǎn)速及扭力偵測的能力。

東芝半導(dǎo)體（Toshiba）資深經(jīng)理曾彥閔說道，東芝有能力進行晶圓製造與設(shè)計，馬達控制除了要能做到邏輯控制外，也需要功率元件的協(xié)助。在一般製程上，東芝馬達相關(guān)產(chǎn)品僅需點一三（130毫米）就夠用，除非有20伏特以上的產(chǎn)品才需要更高階的製程技術(shù)，並且在客戶所要求整合度高、驅(qū)動能力強的條件下，若使用最先進的奈米製程反而會導(dǎo)致雜訊產(chǎn)生的風(fēng)險。

圖1 : 東芝資深經(jīng)理曾彥閔。（source：東芝）

同時PCB板的尺寸也越做越小，零件也因高集合化而漸少，廠商偏好小尺寸大電流的結(jié)構(gòu)，以及容易上手的馬達調(diào)整介面，這些都是當(dāng)前馬達控制的趨勢。

智慧馬達中的自我監(jiān)測

由於節(jié)能的需求漸增，馬達也需要更智慧化，因此針對馬達的運轉(zhuǎn)偵測、轉(zhuǎn)速偵測、扭力偵測是必不可少的一環(huán)。有別以往的馬達驅(qū)動產(chǎn)品需要工程師自行下參數(shù)，還得花費時間進行馬達的軟硬體匹配，東芝提供的解決方案只需要一片應(yīng)該用開發(fā)板(evaluation board，EVB)就能夠使用。

圖2 : 東芝高解析度微步進馬達驅(qū)動器IC 。（source：東芝）

東芝的直流無刷馬達（BLDC）擁有自我監(jiān)測的能力，能降低使用時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速誤差，它會在馬達上裝設(shè)感測器，得知其轉(zhuǎn)速，並自動調(diào)整成合適數(shù)值，目前東芝在閉環(huán)迴路的轉(zhuǎn)速誤差以降至極低。目前在應(yīng)用上以家庭電器居多，同時也包含ATM、自動販賣機、監(jiān)視器（擺頭）、驗鈔機器等。

瑞薩電子投入AI研發(fā)

另外一家微控制器市占率超過兩成的日商瑞薩電子，除了持續(xù)在微控制器、ASIC半導(dǎo)體元件、馬達驅(qū)動器以及可程式控制器等產(chǎn)品外，近三年也開始開發(fā)嵌入式人工智慧（e-AI）晶片，導(dǎo)入物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)以及大數(shù)據(jù)分析。

瑞薩電子產(chǎn)業(yè)事業(yè)部經(jīng)理黎柏均表示：「現(xiàn)在Intel、NVIDIA都在推邊緣運算，他們的概念是對的，但當(dāng)你要在每一臺感測器、節(jié)點都能夠進行強大運算時，佈建成本會太高，客戶很難接受其成本。」

因此，瑞薩電子提供給各節(jié)點進行輕量數(shù)據(jù)分析的能力，被稱之為AI Unit，為一創(chuàng)新的嵌入式人工智慧（e-AI）模式，讓感測器在現(xiàn)場收集完數(shù)據(jù)後再回傳至雲(yún)端，等到雲(yún)端伺服器處理後，再將數(shù)據(jù)分析結(jié)果回傳至現(xiàn)場。

圖3 : e-AI開發(fā)環(huán)境可以將學(xué)習(xí)的DNN結(jié)果實現(xiàn)到MCU上。（source：瑞薩電子）

在此模式下，現(xiàn)場端的設(shè)備成本及功耗皆能大幅降低，且由於已建置高效通訊網(wǎng)路，資料傳輸?shù)乃俣纫蚕喈?dāng)?shù)每欤宕斯S可以達成預(yù)防保養(yǎng)以及產(chǎn)能調(diào)整的工作，甚至是分辨機臺是否輸出假訊號。

例如透過收集、累積及分析各機器的相關(guān)數(shù)據(jù)，例如耗電量、震動等，並比對正常及異常模式的差異，就能推測出機器的故障可能性並進行預(yù)防性保養(yǎng)，減少故障維修及停機成本。

同時現(xiàn)今仍在服役的機臺設(shè)備，有許多是數(shù)十年以上的老舊機臺，如果是以汰舊換新的方式升級成智慧工廠，將會耗費大量財力、物力，因此使用AI Unit模組來實現(xiàn)IIoT，是較為現(xiàn)實的方法。

目前瑞薩電子採取與研華的合作，瑞薩電子負(fù)責(zé)提供網(wǎng)路及e-AI晶片與軟體解決方案，研華則負(fù)責(zé)模組的設(shè)計製造。透過研華的WISE-PaaS 2.0所提供的完整軟體架構(gòu)，終端客戶可以快速實現(xiàn)應(yīng)用層，建立自己的AI Unit應(yīng)用模式，這有助於AI Unit快速被市場接受。

羅姆將增加SiC產(chǎn)能

羅姆臺灣設(shè)計中心所長林志昇表示，羅姆今年宣布了一項投資計畫，將在日本福岡縣的工廠內(nèi)擴產(chǎn)，增加碳化矽(SiC)功率元件的產(chǎn)出。SiC需要專用的製程技術(shù)，需解決SiC在結(jié)晶過程的信賴度，還有高溫製程下的特性劣化等問題。雖然成本仍高，但因為SiC能有效提升能源效率，可作業(yè)於高溫及高電壓需求的環(huán)境，因此適用於電動車，鐵路電車，及工業(yè)裝置等應(yīng)用所青睞。

圖4 : 針對工具機用電源、UPS研發(fā)的1200V 400A、600A額定SiC功率模組。（source：羅姆）

相較於矽(Si)半導(dǎo)體，SiC是一種更能實現(xiàn)小型化/低功耗與高效率目標(biāo)的功率元件。此種材料可降低導(dǎo)通電阻、切換損耗及能量損耗。SiC為代表的寬能隙功率元件被看好是新世代的低損耗功率半導(dǎo)體元件。

圖5 : 羅姆臺灣設(shè)計中心副所長林志昇。（攝影/葉奕緯）

羅姆所提供的全碳化矽功率模組，已可以涵蓋100A到600A等主要的額定電流範(fàn)圍，也推出包括碳化矽SiC元件及其搭配的電源管理、變流電路的閘極驅(qū)動器、控制器等相關(guān)整合性產(chǎn)品，從單一元件、IC甚至模組，為客戶提供全面性的解決方案，應(yīng)用於工業(yè)設(shè)備用電源、太陽能發(fā)電功率調(diào)節(jié)器或UPS等上面適用的變頻器、轉(zhuǎn)換器等，羅姆也已研發(fā)出1200V 400A、600A額定的全碳化矽功率模組。另外有對應(yīng)到1200V的SiC SBD，以及到1700V的SiC MOSFET。

另外要解決耗能問題，就得仰賴變頻器技術(shù)的開發(fā)，讓其可以高效驅(qū)動用於工業(yè)及家用電器的電機。目前可以透過 IPM（智能功率模組）能夠提高封裝效率，高效率驅(qū)動電機，符合低耗能、小尺寸、輕重量的需求，羅姆也提供相關(guān)IPM產(chǎn)品。

德州儀器高整合解決方案

各個產(chǎn)業(yè)對馬達的需求越來越大，同時不同的馬達也應(yīng)用於不同地方，而在馬達控制上，強調(diào)的就是得要符合低功耗、低噪音、安全的需求，近年來，馬達也有朝向自動化發(fā)展的趨勢，讓使用者上手更容易，同時開發(fā)者也需要加大驅(qū)動IC、MCU的整合度，將更多的功能整合在一起，也讓尺寸更小，符合微型化的趨勢。

圖6 : 整合功率MOSFET的三相無感測器馬達驅(qū)動器。（source：德州儀器）

德州儀器半導(dǎo)體行銷與應(yīng)用經(jīng)理林家賢比喻道，過去的風(fēng)扇、吊扇甚至是比電，在開啟後總會發(fā)出一陣噪音，影響使用者體驗，因其往往是藉由MCU來控制，工程師需要自行調(diào)校裡頭的參數(shù)，才能符合客戶的需求，而今則已全面和驅(qū)動IC進行整合，可以自動進行調(diào)校，這些都是源自於軟體演算法的進步，以及針對電流偵測的精準(zhǔn)度（與製程相關(guān)）。

圖7 : 德州儀器半導(dǎo)體行銷與應(yīng)用經(jīng)理林家賢。（攝影/葉奕緯）

近期德州儀器所推出的DRV10974，是整合了功率MOSFET的三相無感測器馬達驅(qū)動器，其擁有180度正弦換向，並配置一個外部低功耗電阻，電流限制可以通過外部低功耗電阻來設(shè)置。

以馬達控制的技術(shù)受限看來，主要是在成本以及效能上仍有進步的空間，並且未來的電壓會越做越高，功率範(fàn)圍越高，也能應(yīng)用於更多不同的領(lǐng)域，同時控制器也勢必會越聰明，而客戶也喜歡整套解決方案輸出，不需要花費大量時間調(diào)校，因此整合度也需提升，德州儀器在設(shè)計、封裝以及製造方面皆有涉獵，更容易達成降低成本的需求。

雖然馬達運行的基礎(chǔ)技術(shù)改變不大，但因為需求提升，各廠也針對不同元件進行優(yōu)化，提供更低功耗、低噪音、高效能的解方，同時也得節(jié)省設(shè)計端的作業(yè)時間。未來在工控、電動車充電站、車用上，馬達也將會有更廣泛的運用。

**刊頭圖：實現(xiàn)馬達智慧控制需要零組件的完美搭配。（source：Unjo）