#微控制器MCU #馬達 #變頻器 #向量控制演算法 #功率因數修正FPC #可編程增益放大器PGA #開源軟體

【走入千家萬戶的馬達應用，MCU 是首腦】

搭載無刷馬達、可自動收合的智慧嬰兒車，具便利性且推動更流暢順手，但前提是：需有精確的轉矩控制，且馬達得有極高的負重承載能力。一般嬰兒車會使用 1kW 或 3kW 的變頻器；若想準確控制轉矩和速度，浮點運算單元 (FPU) 則是執行快速 PI 控制器 (比例＋積分) 的最佳選擇。

可一舉驅動 LCD、LED、感測器及任何三相永磁馬達、執行向量控制演算法的微控制器 (MCU)，從靜止狀態開始發揮最高轉矩完全不需感測器輔助，5V 電源設計可縮短變頻器與馬達的安裝距離，盡可能降低雜訊干擾。高速處理亦是重點，利於快速傅立葉轉換的濾波操作；而使用浮點運算單元 (FPU) 能縮減程式碼，避免源於格式轉換所導致的量化誤差，確實執行複雜的數學運算。例如，需快速計算磁通估測器的無感測器演算法、整數運算及轉換 FPU 皆能輕易完成。

「向量控制」的無感測器演算法不僅快速，且可保留大量 CPU 資源供應用程式使用。另一個例子是用一個 MCU 同時驅動至少兩個高速馬達的美容磨甲機，向量控制可限制轉矩漣波並避免馬達受到撞擊，開發套件內建自動調試演算法，只要連接馬達便能在幾分鐘內驅動兩個馬達、高速運轉，省卻以往動輒 1～2 週的微調、測試參數時間。另可編程增益放大器 (PGA) 可動態增益、靈活管理高／低轉速的馬達，主動式功率因數修正 (FPC) 可確保快速執行。

整合運算放大器——內建可調整 PGA 和比較器，更合乎成本考量；即使要同時執行兩個高壓馬達，也只需單一印刷電路板 (PCB) 便能實現。管理低速馬達也適用，由 MCU 驅動三相變頻器和超小型無刷馬達的調節胃束帶裝置是其中一項應用；晶片本身搭戴多個安全模組，可做 CRC、RAM、時脈等一致性檢查，I/O 連接埠本身也會執行許多可信度檢查。內建獨立監督功能，擁有高度引腳保護，且隨附軟體是免授權金的開源軟體，已開放給認證機構，可加速產品驗證。

最後一個例子是高速運轉三相無刷馬達、要求超快反應時間的呼吸器。向量控制演算法可確保超低雜訊、保持穩定，給予安穩的睡眠品質；一旦使用者停止呼吸，軟體能管理高速加、減速斜率，迅速做出反應。必要時，可插上霍爾感測器和編碼器，搭配特定 MOSFET 最高可驅動 40V 的外部馬達，也可外接功率級的高電壓或高電流。此應用新增數位訊號處理器 (DSP) 指令，可執行多次快速傅立葉轉換，使用多個感測器也不會產生轉矩漣波。更多資訊：https://www.renesas.com/zh-tw/support/buy/distributors.html。

演示視頻：
《瑞薩 RX23T 微控制器變頻器解決方案》
http://www.compotechasia.com/a/CTOV/2017/0827/36503.html

#瑞薩電子Renesas #RX23T #RX24T

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他發現台灣水產養殖業增氧水車超耗電 竟然1年用電可讓高鐵跑17年 於是他投入研發新馬達 能讓水車省電五成!!! (09/29/2017 聯合報/商業週刊 1559期)

“..... 台灣水產養殖業至少有100萬台增氧機，1年用電量上看85億度，可讓高鐵列車跑17.9年，」陳善南說，這是過去沒發現的吃電怪獸，他一頭栽入節能增氧機研發。

傳統高密度的養殖漁業，為了提高池中的溶氧量，必須使用增氧機打水，以提高魚蝦的存活率。

電費是水產養殖業的3大成本之一。「水車要24小時運轉很耗電，我還特別跑到南部去看，養殖戶沿著台電的電線杆偷牽電線供電，有人因此被電死。」

辛苦堅持，換來好成果。他的智慧馬達，讓增氧機的效能大幅提升，經成功大學前瞻綠色產業科技研究暨驗證中心的實驗證明，其增氧效果比傳統水車多2倍，「更能節省約5成的耗電量。

從IC設計，投入省電馬達，原來是因為他7年前從國際能源總署的統計發現，全球有50%用電量是被馬達所消耗，因此先投入智慧馬達的研發。身為上市IC設計公司老董的陳善南帶領研發團隊，花了7年、燒光10億元，要為台灣解決缺電問題，進而找到商機。....."

文：林淑慧/商業週刊

815全台無預警大停電，造成逾600萬戶居民陷入黑暗，揭露台灣電力供應的潛藏危機。不過，卻有一家上市IC設計公司的老董，花了7年、燒光10億元，要為台灣解決缺電問題，進而找到商機。

他，是茂達電子創辦人陳善南，研發工程師出身的他，曾為台積電發表第一篇國際專利論文，早在7年前就投身節能馬達的研發，提倡「自己的電自己省」。

創辦大青節能科技，已晉升為全台最大智慧馬達製造商，從IC設計跨業經營，他要解決台灣限電危機的最新方法，竟是挑戰水產養殖業。

他發現養殖水車超耗電 1年用電可讓高鐵跑17年

「台灣水產養殖業至少有100萬台增氧機，1年用電量上看85億度，可讓高鐵列車跑17.9年，」陳善南說，這是過去沒發現的吃電怪獸，他一頭栽入節能增氧機研發。

從IC設計，投入省電馬達，原來是因為他7年前從國際能源總署的統計發現，全球有50%用電量是被馬達所消耗，因此先投入智慧馬達的研發。

當時，智慧馬達的技術，掌握在日本大廠之手，為找出節能秘密，他發揮研發工程師的性格，花了一年半拆解至少500顆的日本馬達，終於發現馬達的銅線線圈位置是其關鍵。「線圈從馬達外面改放到裡面，銅線用量省一半，成本也降低4成。」他說。

「他的馬達節電效率超過50%，拿下國內8成變頻電風扇的馬達訂單，」國內最大家電馬達供應商、宥力翔董事長邱三福說。大青不僅間接供貨給東元、聲寶、統一與奇美等大廠，也跨足商用空調馬達市場，連澳門美高梅（MGM）酒店也是它客戶。

智慧馬達一役成功叩關，有了利器加持，陳善南著手各式產品的改造，從果汁機到電動車，都有他投入研發的身影。2015年底，在富美鑫集團副總裁夏立言的引介下，結識了印尼的養殖業者，讓他找到節能的新目標。

「傳統高密度的養殖漁業，為了提高池中的溶氧量，必須使用增氧機打水，以提高魚蝦的存活率。」夏立言說。他的提醒，讓陳善南特地調閱空拍圖，觀察東南亞和台灣的養殖池增氧機（俗稱水車）的分布情況，「不只是東南亞，台灣中南部的魚塭、蝦塘，密密麻麻的分布點，都是一台台的水車。」這才發現其用電量之大。

電費是水產養殖業的3大成本之一。「水車要24小時運轉很耗電，我還特別跑到南部去看，養殖戶沿著台電的電線杆偷牽電線供電，有人因此被電死。」陳善南說，這讓他更堅定研發節能水車的決心。

他砸近6成年營收 幫水車「減重」，省電5成

傳統式水車因使用交流感應馬達，須以減速器來間接驅動馬達，只能發揮5成的馬達效率，每年耗電量更上看8,500度。他足足花了2年時間，帶領團隊研發，先是計算馬達的輸出扭力，再重新設計適合的新式水車馬達。

為達省電效果，他曾買扭力大的中國製摩托車馬達來開發，不料卻踢到鐵板。

「中國做的品質不佳，拿到池裡一試用就爆炸。」陳善南笑說。貴為上市公司老董的他，帶著工程師，「也穿著青蛙裝下水，只為了測試馬達效果，一下要去追沒綁好的浮筒，一下扯掉電線，還有一回踩到池底的魚，滑了一大跤。」20年的老戰友、大青節能科技公司總經理沈正民回憶。

最後的解決方式，還是選擇投資1億元、等同其公司去年營收的五成九，重新開模打造馬達模組；他以智慧馬達取代減速器的功率，讓增氧機成功減重40公斤，馬達效率是傳統式的3倍。

提升效率還不夠，如何防水才是關鍵。池中的水無孔不入，「從螺絲孔滲入馬達內部，造成IC驅動裝置短路，」陳善南說，為了研究防銹、防水的馬達製程，他至少做出30個馬達樣品，測試十多種防水材質，最後設計出O型環，成功封住接縫處，讓馬達滴水不進。

辛苦堅持，換來好成果。他的智慧馬達，讓增氧機的效能大幅提升，經成功大學前瞻綠色產業科技研究暨驗證中心的實驗證明，其增氧效果比傳統水車多2倍，「更能節省約5成的耗電量。」旺欣節能科技公司董事長邱毓全說。

據台電規畫，備轉容量低於50萬瓩則要啟動限電，陳善南說：「我的增氧機每台節能500瓦，全台至少有100萬台增氧機在運轉，如果全改用節能增氧機，就能節電50萬瓩，等於1個核電機組的發電量。」

稱霸相對成熟的電風扇馬達市場後，現在陳善南要進軍一個沒有既定通路的領域，他要如何讓台灣的水產養殖業，願意換上智慧省電馬達，才是接下來的挑戰。

★ 小檔案：陳善南
出生：1954年
學歷：美國新墨西哥大學電機博士
經歷：台積電研發工程師、茂達電子創辦人兼總經理
現職：茂達電子董事長、大青節能科技公司董事長
地位：全台最大智慧馬達製造商

★ 小辭典：智慧馬達，學名為「DC直流無刷馬達」。使用IC驅動器回路，透過電流切換來使馬達轉動，並結合微電子控制器，達到節能效果。當有過載或接觸不良等異常發生，能立即停止馬達運轉，比傳統交流感應式馬達更安全。

※精彩全文，詳見《商業周刊》1559期。

文章內容資料原始來源：
https://udn.com/news/story/6837/2729490

#汽車電子 #混合動力車HEV #電動車EV #馬達定位 #扭矩控制 #逆變器 #分解器 #微控制器MCU

【馬達定位控制，讓汽車動力系統運轉更順暢】

隨著混合動力車／電動車 (HEV / EV) 市場不斷擴大，人們對於更高效率和智慧的馬達定位控制需求也變得更重要。現今原廠 (OEM) 比以往更專注於如何強化馬達能力 (如扭矩控制)，同時透過診斷維持高度的系統能見度，隨時掌握系統的狀況。為達目標，高整合的「馬達定位控制」解決方案——尤其是馬達效率和扭矩控制，變得至關重要。

對任何車輛來說，馬達是推動車輛前進的動力系統之核心零件，電動車亦不例外；需要馬達的角度和速度等位置資訊，以確保馬達控制系統能高效而精確地工作。由逆變器收集的資料被積極用來控制和監控每個馬達相中的電流情況——控制和調節馬達電流的過程，就是用來為馬達創造扭矩的過程，涵蓋：
1. 以低速啟動馬達和爬坡時，需要高扭矩；
2. 扭矩控制保證車輛高速行駛時的高功率；
3. 加速時，快速的扭矩回應要求精確的馬達控制；
4. 精確的馬達和扭矩控制實現再生制動需要的高頻率。

控制和理解馬達扭矩，可為駕駛人對車輪提供更滑順的動力；而準確瞭解馬達位置，是保證合適扭矩控制的關鍵。透過瞭解馬達軸的準確位置、並搭載可根據馬達資料做出決策的智慧系統，電動車的控制系統能精確計算出駕駛人需要的扭矩，控制越精確，駕駛人在因應上述任一情況時，將獲得更好體驗——當引擎／馬達控制單位 (逆變器) 加速或減速，車輛的電池能提供推動馬達運轉的動力。

之後，位置感測器 (分解器) 會讀取馬達角度資訊，並將其轉化成逆變器系統的微控制器 (MCU) 可操作格式；該資料一旦傳到微控制器，馬達控制系統就可據以增加或降低馬達扭矩，且合適的扭矩會依使用者的原始輸入傳遞到系統。馬達控制系統的核心零件是一個逆變器電路板，為微控制器、馬達推動器和用來讀取、操作收集資訊的感測器介面提供動力。

為此，在車輛引擎蓋下、靠近馬達處會配備電子系統，卻為車輛製造商帶來挑戰：由於引擎蓋下方空間很有限，保證一個具有小型結構與封裝的方案是必須的；而電子零件供應商正專注如何在一個封裝板內整合更多功能、甚至更多裝置——目前坊間車用裝置已能將實現系統功能所需零件整合在一個晶片上 (例如訊號鏈、通訊或電源)，且能將晶片組進一步整合，以降低電路板的零件數量。

另一個關鍵是系統的整體智慧和連線性。當車輛內部的各模組變得更加複雜，進行系統診斷和健康檢查是有必要的。對於 HEV / EV 馬達控制系統，做這些類型的檢查會使馬達、推動電路以及位置感測器的健康狀況成為已知變數，供作系統運轉依據。憑藉馬達系統內部的可見性，若有誤差或問題，對動力評估將更智慧與迅速；更智慧的馬達控制可報告控制系統的狀態並採取行動。

延伸閱讀：
《透過更小更智慧的馬達控制推動混合動力及電動車市場》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2016/1014/33736.html

#德州儀器TI #PGA411-Q1旋轉變壓器介面 #C2000微控制器

圖檔取材：pixabay.com

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