——ST的运动控制、通信和传感方案让工厂更智能

       近日，ST公司Power Discretes及Analog Sub产品部的市场及应用资深总监Francesco Muggeri来京，介绍了面向智能工业的解决方案。

       智能工业需要元器件支撑
       当前，我们正面临从工业到智能工业的变革，第四次工业革命的特点是使用网络物理系统、通信、物联网和采用分散式的决策，需要更多智能和意识，更高效，有更多连接，更安全。
        ST丰富的产品提供所有关键应用的核心。例如有电机控制所用的系统级封装（SiP）电机驱动器和配备MCU的电机驱动器，工业机器人用栅极驱动器，工厂自动化用电流隔离IPS（智能电源开关）和完全完整性等级IPS，过程控制用IO-Link芯片和射频sub-GHz芯片，传感器方面有环境传感器和IMU（惯性运动单元）等。

       总之，ST拥有逾 30 年的工业应用开发经验；具有深入的应用知识，有助于优化产品和系统级解决方案；有行业领先的创新技术，提供广泛的产品系列，产品包括传感器、信号调理、通信IC、MCU（微控制器）、电机控制和执行、电源管理等。
       ST元器件总的发展方向是，在 “摩尔定律”小型化方面，ST芯片的线宽特征尺寸不断缩小；在“超越摩尔定律”的多元化方面，ST有CMOS、BCD、MEMS、功率晶体管、分立式二极管等工艺/产品。二者结合，公司可推出高附加值的SoC和SiP解决方案。
       例如在SiP方面，可把MCU、电气隔离、电机控制、功率晶体管等组合起来，集成在标准尺寸的封装中。ST的一大自豪创举是集成了功率晶体管和电机控制的powerSTEP芯片，功率密度可高达500W/cm²！

       智能工业的应用五花八门，涵盖预测性维护、封装、智能农业、健身设备、车床工具、物流等，具体应用琳琅满目，诸如：自动识别缺陷、驱动器微型化、远程维护、预测性维护、远程监控、自动优化、识别和保护工具等。

       它们所需要的技术也很多，诸如质量控制图像传感器、电机的集成控制、连接性（有助于实现双向数据记录）、板载集成接近传感器、惯性和环境传感器、有线或无线分布式执行器、SoC（控制和电源）、用于步进电机的智能微执行器等。

        但是万变不离其宗，离不开MCU、电机控制、电气隔离、功率晶体管、传感器等。在此，Francesco Muggeri先生主要介绍了ST的三大类芯片的最新动向：运动控制与功率，通信，传感。
       运动控制与功率
       ST有功率晶体管、电机控制和MCU组合。
       其中，STSPIN系列是紧凑、高效、可靠的电机驱动器，有系列产品：STSPIN800系列适合3D 打印、舞台照明；STSPIN200系列适合电子气门和电子门锁；STSPIN32系列适合机械臂、 电动工具、工业自动化和控制。

       明星产品有STSPIN233和STSPIN830。前者的集成度更高，工作电压范围更大，并有全套保护功能。后者的尺寸小、重量轻，能够平稳、安静地运动，效率更高，可靠性强，具有多功能控制。

图：用STSPIN电机做成的3D打印机，正在打印一个外部光滑的小火箭壳

        片上电气隔离方面，ST有各种组合方案，用于传感器、接口、运动控制、电源管理。ST的独特之处：一是有异构集成的系统级封装（SiP），可以提高系统稳健性、安全性和可靠性；另外有磁隔离栅极驱动器，符合UL（美国保险商实验室）、IEC（国际电工委员会）和DVE（德国电器电子协会）的标准规范。

       栅极驱动方面主要有STDrive系列栅极驱动器，可用于电动/混合汽车、1200V逆变器、服务器或UPS、压缩机、太阳能设备等。新产品有STGAP2S和STGAP2D，具有电气隔离、高集成度、全套保护功能；PWD5F60具有极高的瞬态抗扰性，和高的电流能力、高效率，具有紧凑型设计和快速开关频率。

       适用于工厂自动化的电源设备方面，ST有可靠性高、紧凑、成本效益高的功率分立器件。其中IGBT用于太阳能和工业泵等；IPM- SLLIMM用于工厂自动化和工业空调等；Acepack系列功率模块，可用于机械臂、工业用驱动器、工业自动化和控制等。新产品有SLLIMM，具有多种技术集成，产品种类丰富，高结温（175℃）；另一系列ACEPACK的特点是尺寸更小、紧凑，具有灵活性和可扩展性，高效率，可提高设备可靠性和生命周期。

       通信
       特点是可用智能化的方式连接和驱动工业传感器和执行器。

       ST的L6360和L6362A，符合IO-Link规范，用于数字传感器和执行器的驱动器，还可用于可编程逻辑控制器（PLC）的I/O（输入/输出）。L6362A的特点是：1.用于IO-Link的主机和设备，以及通用型收发器。2.简单且兼容（通用）：无需特殊电缆，与现有的网络完全兼容，无需现场总线；3.高功能型：高性能过程数据传输，自动参数设置和扩展诊断。4.提供错误检测和校正功能，轻松处理。
       智能功率开关（IPS），诸如ST的IPS160H，主要用于PLC，还有工厂自动化I/O外设，计算机数控（CNC）机床，各类电阻负载、电感负载和容性负载等。PS160H的特点是：1.是单个上桥臂开关，具有面向安全完整性等级 （SIL2和SIL3）兼容系统的保护和诊断功能。2.工作电源电压范围高达60V，专门设计用于满足安全完整性等级系统的应用要求。3.具有自我保护和负载安全操作，并提供扩展的诊断信号，以实现各种应用控制。
        在用于工厂自动化的通信解决方案方面，ST有驱动、连接和接口三类产品。契合的三类产品：1.支持IO-Link的系列产品，可用于工业传感器、过程控制。2. IPS系列，可用于可编程逻辑控制、工业PC外设I/O、数控机床、适用于各类负载的驱动器。3.支持KNX协议的产品可用于智能楼宇。新产品方面，IPS4260的工作电压范围大，兼容多重标准，具有全套保护功能，支持多项工业标准。STKNX01可减少功耗，有广泛的诊断功能，具有紧凑型设计，采用磁隔离。
       无线连接/RF方面，有超低功耗蓝牙和sub-GHz无线传输，连接测量仪表、传感器至云端。

      在工厂自动化的IO-Link方面，用于PLC的解决方案如下图，可实现IO-Link的分布式传感器节点连接。

       此外，使用KNX协议的双绞线收发器IC较适用于智能家居连接。

       传感
       ST高精度的运动传感器将出色的精度、稳健性和10年使用寿命融于一体，符合工业4.0要求。
       加速度计和传感器相互契合，可进行震动监控、振动控制、环境感应（压力、湿度和温度应用），可用于机械臂、预测性维护、工业自动化和控制等。
       具体地，新的IIS3DWB的关键特性与优势是：有3D轴–16g满标范围，数字输出，超宽带宽（最小5k Hz），超低噪音，工作温度高达105℃。另一LIS2DW12的特点是：更低的功耗，在不同时间和温度条件下保持稳定性，尺寸小、易于组装，高性能、高精度。
       根据客户的需求，ST可提供强大的产品组合，可随时连接。典型的集成产品，诸如ISM330DLC 6x IMU（惯性测量单元），具有宽带宽。IIS2DH加速度计的特点是宽带宽、超低功耗。IIS2MDC磁力计是低噪音、 低功耗。
       预测性维护的应用案例
       典型的使用案例是预测性维护，采用了传感、通信、MCU等产品，ST有评估板STEVAL-IDP005V1作为基准平台，用于感测机械振动、温度、电磁等工况，以发现异常，如下图。

       下图是现场演示的电机预测性维护实例及开发板（红色圆圈内）。

        小结
        ST有面向智能工业的系列新品，包括运动控制与功率、通信和传感技术三大类。此外，ST具有深入的系统和应用知识，并能为客户提供全方位的评估和生态系统工具，以帮助客户缩短产品面世时间。

       那么，讲了这么多，最该记住哪三样产品呢？1.马达驱动类的STSPIN830；2.通讯类的IO-Link方案；3.集成了传感器模组、通信芯片、MCU等的评估板——STEVAL-IDP005V1。

图：基于STM32 MCU的手电钻开发板

图：Speedy Board 2.0开发板，可用于3D打印机

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