ADI：為客戶實現系統(tǒng)的差異化設計帶來價值

作為機電工程能量轉換的關鍵設備，電機是電氣傳動的基礎部件，在當今社會中已無處不在，為現代生活的大量基礎應用提供了動力來源。后疫情時代，隨著數字技術、AI 加速向各領域滲透，電機應用將伴隨技術創(chuàng)新和新能源汽車、5G、機器人、數字醫(yī)療、無人工廠等新興領域的興起，不斷走向更為廣闊的市場空間。

近年來，許多終端市場和應用中的一個明顯趨勢是用高效率的無刷直流電機(BLDC) 替換交流電機或機械泵。使用BLDC 的一些主要優(yōu)點包括更高的功率和熱效率、更高的空間/ 重量效率、更高的可靠性( 無刷)、在危險環(huán)境下工作更安全( 不會像有刷電機一樣產生刷粉或火花)。此外，由于BLDC 電機采用電子換向方式，因此更易在應用的速度范圍內控制扭矩和速度參數，并且能夠實現更復雜的控制，例如保持扭矩或速度極限。

因為高扭矩重量比、高功率因數、響應更快、結實耐用的構造、易于維護、易于控制以及高效率等先天優(yōu)勢，永磁同步電機（PMSM）在工業(yè)自動化領域獲得越來越廣泛的應用。

ADI 專注于為運動控制提供新技術和解決方案，比如ADI Trinamic 步進電機驅動器解決方案可為3D 打印、相機、掃描儀和其他自動化設備應用提供集成的電機驅動器，ADI OtoSense 智能電機傳感器(SMS) 能夠檢測電機及機器人系統(tǒng)的震動及異常情況，以及可重構運動和機器人開發(fā)平臺等等，為幫助客戶實現下一代先進和可持續(xù)的運動控制提供可靠的產品和技術支撐，滿足家庭自動化、辦公室自動化、實驗室自動化、工業(yè)自動化、機器人和AGV、醫(yī)療保健等不同領域的電機控制應用。

ADI 針對電機控制系統(tǒng)要求的低功耗、高效率、安全與互聯，提供了門類齊全的產品組合，其中包括了模數/ 數模轉換器、放大器、嵌入式處理器、iCoupler 數字隔離器、電源管理器件和實時以太網解決方案，以及ADI Trinamic 運動控制模塊等等。這些高性能的器件和系統(tǒng)有助于實現更新型的拓撲結構設計，為客戶實現系統(tǒng)的差異化設計帶來價值。相關的解決方案包括但不限于：

電機驅動控制處理器硬件平臺至關重要，ADI 提供用于高端驅動和伺服器控制的ADSP-CM40x 混合信號處理器，以及用于運動控制器和高端驅動以及伺服控制的ADSP-214xx SHARC 浮點DSP；

克服光耦合器和高壓柵極驅動器解決方案局限性的隔離式柵極驅動器，隔離式柵極驅動器系列采用ADI經過檢驗的iCoupler 技術，提供50 ns 最大傳播延遲、小于5 ns 通道間匹配、400V rms 工作電壓下的50 年工作壽命和單封裝電流隔離優(yōu)勢；

用于驅動大功率工業(yè)電機的新型嵌入式運動控制模塊，控制技術進一步優(yōu)化了工業(yè)電機的功耗，將大大降低浪費的功率，能夠驅動功率更高的工業(yè)步進電機和無刷直流(BLDC) 電機；

電機控制系統(tǒng)相關的電源管理解決方案，包括數字功率因數校正(PFC) 控制器、高速MOSFET 驅動器、集成式調節(jié)器等。

ADI Trinamic 步進電機驅動器解決方案，基于精密傳感、信號調理和控制，能夠實現高速、高性能的智能線性運動控制，以助力工業(yè)生產。

ADI 早在多年前就意識到，更智能、高效率電機控制系統(tǒng)的新時代將是一個電機控制工業(yè)新標準涌現的時代。出于這樣的認識，ADI 與戰(zhàn)略合作伙伴共同開發(fā)了一個全面的集成式電機控制設計程序；這些戰(zhàn)略合作伙伴都是各自領域內的專家(MathWorks、ARM、Boston Engineering、IAR Systems 和Xilinx)，目的在于解決整個系統(tǒng)的架構問題，實現效率最大化的同時改善系統(tǒng)精度和可靠性。軟件部分采用了MBD（Model-based design），采用Matlab & Simulink 工具對電機控制進行建模，并自動產生控制部分核心代碼，可以大大加速伺服電機控制軟件的開發(fā)流程，并且提供完善可靠的代碼，可以在前期研發(fā)階段讓工程師更關注于算法本身而不是陷入復雜的編碼和修改代碼的過程，以加速產品創(chuàng)新和新技術研發(fā)的過程。

此外，電機作為工業(yè)中的關鍵設備，其健康安全非常重要，ADI 提供基于狀態(tài)監(jiān)控（CbM）的系統(tǒng)解決方案，能夠實時在線和離線獲取、學習并感知邊緣的任何單向信號（聲音、振動、壓力、電流、溫度等），用于連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控和按需診斷，能夠在問題變得嚴重之前確定工廠機器中的潛在問題。

ADI 有能力提供極具創(chuàng)新性的電機控制解決方案，這些方案著眼于優(yōu)異的系統(tǒng)性能和業(yè)界領先的集成度，具備極佳的系統(tǒng)效率、可靠性和連接性。ADI 還擁有豐富的電機控制系統(tǒng)級知識和戰(zhàn)略技術合作伙伴聯盟，能為客戶提供獨特的系統(tǒng)服務與產品，并引領成為長期技術合作伙伴。

提升電機能效

根據國際能源署的數據，電機占全球總電力消耗的45%，因此基于電機驅動的電子產品的可靠性和能效，不僅對各種應用的舒適性、便利性產生直接影響，還對世界環(huán)境可持續(xù)性產生深遠的影響。在全球雙碳目標壓力下，能耗“大戶”電機的低能耗技術將成為撐起“雙碳”世界的關鍵力量。

ADI早在多年前就意識到，更智能、高效率電機控制系統(tǒng)的新時代將是一個電機控制工業(yè)新標準涌現的時代。ADI以系統(tǒng)級的角度來看待這些挑戰(zhàn)，開發(fā)的產品不僅超越了性能規(guī)格，還代表了電路其他功能模塊之間的最佳接口。這種系統(tǒng)解決方案的方法讓ADI能夠為基于工業(yè)的客戶提供完整的集成式解決方案，并在實現規(guī)格要求的同時幫助他們滿足最新、最苛刻的能源法規(guī)。除此以外，安全與互聯也是電機控制未來發(fā)展的主要趨勢，可預測性維護也被越來越引入其中，互聯則指工業(yè)現場的實時以太網的應用與普及。

此外，ADI 也通過不斷的技術創(chuàng)新實現電機節(jié)能降耗。以步進電機驅動為例，ADI Trinamic無傳感器負載測量技術StallGuard?提供一種具有成本效益的負載實時反饋技術，通過測量電機的反電動勢，它可以知道電機何時可能會停轉并向系統(tǒng)發(fā)送信號?；赟tallGuard負載值，無傳感器電流自適應控制CoolStep 技術則通過反電動勢的變化檢測電機負載，并使電流適應實際負載條件，從而實現節(jié)能降耗的目標。CoolStep始終以最佳電流驅動電機，通過在電機輕負載時將電流降至最低，并在負載增加時增加電流來節(jié)省大量能源。特別是對于一些電池供電，或者對一些車間里面長時間運行電機發(fā)熱的情況，以及一些對高溫敏感的生物樣本檢測應用，用CoolStep可以有效降低功耗和克服發(fā)熱問題，電機散熱可以減少達80%，使電機溫度保持正常，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。

半導體技術的進步讓功率器件開關頻率得到快速有效提升，從而讓電機系統(tǒng)能效快速提升。特別是碳化硅（SiC）MOSFET 器件可以達到更高的開關頻率，為提升電機能效提供了新的空間。然而，驅動方式是達到這些開關器件所需開關頻率的關鍵，而開關頻率決定著系統(tǒng)設計成本、尺寸與效率之間的最佳平衡。更高開關頻率對柵極驅動器的要求越來越高，采用的柵極驅動器的傳輸延遲、死區(qū)時間、共模瞬變抗擾度(CMTI) 等指標對提升充電樁功率和效率產生關鍵的影響。

為了操作MOSFET，通常須將一個電壓施加于柵極，使用專門驅動器向功率器件的柵極施加電壓并提供驅動電流。隔離式柵極驅動器的隔離性能、共模瞬變抗擾度、總傳播傳輸延遲等指標將決定直流模塊的整體功率、效率和系統(tǒng)尺寸，正確選擇這類解決方案非常關鍵。ADI的iCoupler柵極驅動器傳輸延時在50~60 ns，降低了傳輸延遲，并且傳輸延時一致性更好，更低的傳輸延遲和延時一致性有助于提高開關頻率和效率。此外，隔離柵極驅動器的死區(qū)時間也是關鍵特性之一，更低的死區(qū)時間將有效降低損耗。

（本文來源于《電子產品世界》雜志2023年3月期）