馬達應用範圍相當廣泛，從過去的家電產品、工業機器，一直今日的掃地機器人、監視攝影機，甚至是手機裡頭都包含一顆小型的震動馬達。而節能馬達以及智慧馬達更成為新興趨勢，提供了馬達轉速及扭力偵測的能力。
東芝半導體（Toshiba）資深經理曾彥閔說道，東芝有能力進行晶圓製造與設計，馬達控制除了要能做到邏輯控制外，也需要功率元件的協助。在一般製程上，東芝馬達相關產品僅需點一三（130毫米）就夠用，除非有20伏特以上的產品才需要更高階的製程技術，並且在客戶所要求整合度高、驅動能力強的條件下，若使用最先進的奈米製程反而會導致雜訊產生的風險。
| 圖1 : 東芝資深經理曾彥閔。（source：東芝） |
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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構，以及容易上手的馬達調整介面，這些都是當前馬達控制的趨勢。
智慧馬達中的自我監測
由於節能的需求漸增，馬達也需要更智慧化，因此針對馬達的運轉偵測、轉速偵測、扭力偵測是必不可少的一環。有別以往的馬達驅動產品需要工程師自行下參數，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該用開發板(evaluation board，EVB)就能夠使用。
| 圖2 : 東芝高解析度微步進馬達驅動器IC 。（source：東芝） |
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東芝的直流無刷馬達（BLDC）擁有自我監測的能力，能降低使用時產生的轉速誤差，它會在馬達上裝設感測器，得知其轉速，並自動調整成合適數值，目前東芝在閉環迴路的轉速誤差以降至極低。目前在應用上以家庭電器居多，同時也包含ATM、自動販賣機、監視器（擺頭）、驗鈔機器等。
瑞薩電子投入AI研發
另外一家微控制器市占率超過兩成的日商瑞薩電子，除了持續在微控制器、ASIC半導體元件、馬達驅動器以及可程式控制器等產品外，近三年也開始開發嵌入式人工智慧（e-AI）晶片，導入物聯網架構以及大數據分析。
瑞薩電子產業事業部經理黎柏均表示：「現在Intel、NVIDIA都在推邊緣運算，他們的概念是對的，但當你要在每一臺感測器、節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點進行輕量數據分析的能力，被稱之為AI Unit，為一創新的嵌入式人工智慧（e-AI）模式，讓感測器在現場收集完數據後再回傳至雲端，等到雲端伺服器處理後，再將數據分析結果回傳至現場。
| 圖3 : e-AI開發環境可以將學習的DNN結果實現到MCU上。（source：瑞薩電子） |
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在此模式下，現場端的設備成本及功耗皆能大幅降低，且由於已建置高效通訊網路，資料傳輸的速度也相當得快，藉此工廠可以達成預防保養以及產能調整的工作，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數據，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防性保養，減少故障維修及停機成本。
同時現今仍在服役的機臺設備，有許多是數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IIoT，是較為現實的方法。
目前瑞薩電子採取與研華的合作，瑞薩電子負責提供網路及e-AI晶片與軟體解決方案，研華則負責模組的設計製造。透過研華的WISE-PaaS 2.0所提供的完整軟體架構，終端客戶可以快速實現應用層，建立自己的AI Unit應用模式，這有助於AI Unit快速被市場接受。
羅姆將增加SiC產能
羅姆臺灣設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擴產，增加碳化矽(SiC)功率元件的產出。SiC需要專用的製程技術，需解決SiC在結晶過程的信賴度，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，可作業於高溫及高電壓需求的環境，因此適用於電動車，鐵路電車，及工業裝置等應用所青睞。
| 圖4 : 針對工具機用電源、UPS研發的1200V 400A、600A額定SiC功率模組。（source：羅姆） |
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相較於矽(Si)半導體，SiC是一種更能實現小型化/低功耗與高效率目標的功率元件。此種材料可降低導通電阻、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體元件。
| 圖5 : 羅姆臺灣設計中心副所長林志昇。（攝影/葉奕緯） |
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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、變流電路的閘極驅動器、控制器等相關整合性產品，從單一元件、IC甚至模組，為客戶提供全面性的解決方案，應用於工業設備用電源、太陽能發電功率調節器或UPS等上面適用的變頻器、轉換器等，羅姆也已研發出1200V 400A、600A額定的全碳化矽功率模組。另外有對應到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的開發，讓其可以高效驅動用於工業及家用電器的電機。目前可以透過 IPM（智能功率模組）能夠提高封裝效率，高效率驅動電機，符合低耗能、小尺寸、輕重量的需求，羅姆也提供相關IPM產品。
德州儀器高整合解決方案
各個產業對馬達的需求越來越大，同時不同的馬達也應用於不同地方，而在馬達控制上，強調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展的趨勢，讓使用者上手更容易，同時開發者也需要加大驅動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動器。（source：德州儀器） |
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德州儀器半導體行銷與應用經理林家賢比喻道，過去的風扇、吊扇甚至是比電，在開啟後總會發出一陣噪音，影響使用者體驗，因其往往是藉由MCU來控制，工程師需要自行調校裡頭的參數，才能符合客戶的需求，而今則已全面和驅動IC進行整合，可以自動進行調校，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度（與製程相關）。
| 圖7 : 德州儀器半導體行銷與應用經理林家賢。（攝影/葉奕緯） |
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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置。
以馬達控制的技術受限看來，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，功率範圍越高，也能應用於更多不同的領域，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校，因此整合度也需提升，德州儀器在設計、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技術改變不大，但因為需求提升，各廠也針對不同元件進行優化，提供更低功耗、低噪音、高效能的解方，同時也得節省設計端的作業時間。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：實現馬達智慧控制需要零組件的完美搭配。（source：Unjo）
