不久前，電子產(chǎn)品世界等媒體在上海訪問(wèn)了MPS全球電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品線(xiàn)的產(chǎn)品總監(jiān)翟松先生。

所謂全集成，就是把電機(jī)的電路部分整合在一起，變成一體化(如下圖左側(cè))，包括電機(jī)(例如無(wú)刷直流或者永磁同步)、控制芯片、功率級(jí)，再加上人性化的軟件。

另外，如果客戶(hù)本身就是做BLDC電機(jī)的，還可以直接采購(gòu)MPS的控制模塊(如上圖右側(cè))，包括FOC的控制、磁性編碼器以及功率級(jí)，還包括通信的接口等，然后直接裝到現(xiàn)有的BLDC/同步電機(jī)里面，這樣的電機(jī)就會(huì)變成一個(gè)完整的一體化電機(jī)。

據(jù)悉，MPS主要關(guān)注電壓200V、功率500W以下，且可以高度集成的電機(jī)產(chǎn)品。目前該公司展示了2種模塊，如上圖右側(cè)的57mm和42mm的產(chǎn)品，后續(xù)會(huì)推出更多的產(chǎn)品，以針對(duì)不同的尺寸的電機(jī)。

1 實(shí)現(xiàn)“一體化”的三個(gè)硬核

做電機(jī)的公司那么多，年輕的MPS有何過(guò)人之處?翟松總監(jiān)稱(chēng)，主要有三大優(yōu)勢(shì)：半導(dǎo)體工藝、封裝工藝和磁編技術(shù)。

公司成立于1997年，二十多年來(lái)，電源和電機(jī)產(chǎn)品涵蓋各個(gè)領(lǐng)域，總共超過(guò)2000種，每年會(huì)推出50~100種新品，根基是兩大核心技術(shù)——工藝和封裝。那么，MPS沒(méi)有自己的工廠，是如何實(shí)現(xiàn)其獨(dú)有的工藝和封裝呢?

在芯片制造方面，采用Fab-lite模式：不使用代工廠提供的制程，而是自己研發(fā)制程。好處是既能全部采用自己的制程，又不需要很高的投入。

在封裝方面，MPS會(huì)采用外部的封裝廠，但是和其他公司不一樣的是，MPS所有的final test(最終測(cè)試)全部在自己的位于成都的工廠完成，以保證產(chǎn)品的品質(zhì)。

MPS于2012年推出了電機(jī)產(chǎn)品線(xiàn)，正式進(jìn)軍電機(jī)市場(chǎng)。為了有“一招鮮”，2014年收購(gòu)了世界上最先進(jìn)的磁編碼器公司瑞士Sensima，希望以此在強(qiáng)手如林的電機(jī)市場(chǎng)“吃遍天”。

1.1 工藝——獨(dú)特的DMOS技術(shù)

MPS是如何將所有的電源系統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上的呢?該公司有自己的制程。因?yàn)镸PS做的是模擬和數(shù)字模擬結(jié)合的混合信號(hào)產(chǎn)品，采用的是BCD(Bipolar，CMOS，DMOS)工藝。其中的DMOS就是功率器件的工藝，它是MPS公司產(chǎn)品差異化的關(guān)鍵?，F(xiàn)在最先進(jìn)的是第五代——BCD5是2017年推出的(如下圖)。

1997年，MPS的創(chuàng)始人兼CEO(首席執(zhí)行官)Michael Hsing先生擁有一種獨(dú)創(chuàng)的BCD工藝，因此在美國(guó)硅谷創(chuàng)立了MPS。這種技術(shù)可把功率器件和控制邏輯集成在一個(gè)芯片上。

那么，MPS的BCD到底有什么獨(dú)到之處呢?這涉及到如何判斷BCD是否先進(jìn)?通常有一個(gè)指標(biāo)RdsA。眾所周知，Rds是源極到漏級(jí)之間的導(dǎo)通電阻，如果想要把電阻做得很低，就要把硅的面積做大;但是如果只是單純地靠把面積做大來(lái)降低導(dǎo)通電阻，會(huì)存在一些問(wèn)題，首先是成本，其次是面積做大以后，開(kāi)關(guān)損耗也會(huì)增加。為了衡量BCD工藝的好壞，業(yè)內(nèi)有RdsA指標(biāo)，即“導(dǎo)通電阻×面積”。

MPS能在同樣的面積上，導(dǎo)通電阻做得比友商的低，即RdsA更低，表明MPS的工藝是先進(jìn)的。實(shí)際上，從第一代開(kāi)始，MPS就在RdsA方面領(lǐng)先業(yè)界，這也是MPS在業(yè)內(nèi)不斷成長(zhǎng)，處于不敗地位的關(guān)鍵。

1.2 Mesh Connect™封裝工藝

封裝工藝在集成電路里也是非常關(guān)鍵的，特別是對(duì)功率器件。

通常的封裝工藝是采用打線(xiàn)的方式，如打金線(xiàn)或打銅線(xiàn)連到管腳，但是不管是打金線(xiàn)還是打銅線(xiàn)，都有一定的導(dǎo)通電阻，而且線(xiàn)會(huì)引起寄生電感，產(chǎn)生噪聲，從而影響開(kāi)關(guān)的速度。

為此，MPS在2011年左右推出了獨(dú)特工藝——Mesh Connect™(如下圖)。它很像BGA的工藝，但是把BGA芯片反過(guò)來(lái)，倒放在引線(xiàn)框(Lead frame)上，通過(guò)焊球直接連接，這樣可以省掉線(xiàn)的部分，優(yōu)勢(shì)是不僅降低成本，還可以把導(dǎo)通電阻完全消除掉，也不再有寄生的電感影響開(kāi)關(guān)速度。

如果采用同樣的3×3mm2封裝，使用“Mesh Connect™”工藝后，可以放更多的Die(晶片)，且達(dá)到更低的導(dǎo)通電阻。

MPS是在業(yè)界最先使用“Mesh Connect™”技術(shù)的，現(xiàn)在才有友商開(kāi)始追趕，但是MPS的“Mesh Connect™”技術(shù)始終居于領(lǐng)先地位。

1.3 位置傳感器的磁編

MPS公司成立了22年，在歷史上只有一次并購(gòu)，即2014收購(gòu)了瑞士Sensima的公司。

因?yàn)?012年MPS成立了電機(jī)產(chǎn)品線(xiàn)，開(kāi)始正式進(jìn)軍電機(jī)市場(chǎng)。為了獲得獨(dú)有技術(shù)，看中了規(guī)模不大的Sensima公司，因?yàn)樵摴居惺澜珥敿?jí)的磁性編碼器技術(shù)，該技術(shù)是瑞士理工大學(xué)的教授和其博士生一起開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在目前在市面上也可以看到不同的公司的磁性編碼器，其技術(shù)最初都是從瑞士理工大學(xué)取得的License(許可證)。

為何磁編很重要?因?yàn)橐粋€(gè)伺服系統(tǒng)里，除了要有電機(jī)本身和power stage(功率級(jí))以外，還需要編碼器來(lái)做位置和速度的檢測(cè)。目前大部分都是用光編。光編的好處是有非常高的精度，但是缺點(diǎn)是體積大，價(jià)格較貴，怕灰塵，例如如果室外灰塵很大(因?yàn)橹袊?guó)北方的風(fēng)沙比較大)，如果灰塵落到光編的光柵上面，阻擋住了光線(xiàn)，它的精度一下子就降低了，而磁編就不會(huì)存在這些問(wèn)題。磁編體積小，價(jià)格便宜，而且不會(huì)受到灰塵的影響。

當(dāng)然這并不意味著磁編可以完全取代光編。但是對(duì)于大部分中低端的應(yīng)用，如果不需要非常高的定位精度，其實(shí)磁編是個(gè)更好的選擇。

例如下圖，MPS的板子上都帶了驅(qū)動(dòng)，包括磁編也是放在這個(gè)板子上，客戶(hù)所要做的就是在電機(jī)的軸端加一塊磁鐵，這樣就可以感應(yīng)到轉(zhuǎn)軸的位置，其他所有的編碼器、傳感器、功率級(jí)等都集成到IC里，就變成了一體化電機(jī)。而且這些附加的部分很小，跟通常的伺服電機(jī)比起來(lái)，體積非常小，不會(huì)影響到整個(gè)外形的尺寸。

具體地，MPS以功率器件/電源產(chǎn)品為主，主要有AC/DC、 DC/DC、電池管理、D類(lèi)功放、LED背光，應(yīng)用于汽車(chē)、工業(yè)、電腦、服務(wù)器等領(lǐng)域。

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及位置傳感器相關(guān)的方面，即 “e-Motion”控制。是MPS非常重視和高投入的領(lǐng)域。

目前MPS看好的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，有打印機(jī)、電動(dòng)工具、電動(dòng)車(chē)、風(fēng)扇、醫(yī)療設(shè)備。

提到電機(jī)驅(qū)動(dòng)，就不得不提MPS的“e-Motion”。其實(shí)e-Motion”不是一款I(lǐng)C或產(chǎn)品，它是一個(gè)概念，包括全集成的硬件和人性化的軟件。

眾所周知，對(duì)于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)來(lái)講，必不可少的幾個(gè)部分首先是電機(jī)，把電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，電機(jī)需要控制，因此就需要控制芯片，控制芯片可以是MCU，也可以是DSP或者是ASIC;另外還有Power stage(功率級(jí))，可以把直流電轉(zhuǎn)成電機(jī)所需要的電能，相當(dāng)于一個(gè)功率放大的作用。

所謂的全集成，就是把這些全部整合在一起，變成一體化，包括電機(jī)(比如無(wú)刷直流或者永磁同步)、控制芯片、功率級(jí)，再加上人性化的軟件，這樣完整的一套方案就是“e-Motion”的概念。

下圖右側(cè)的的電機(jī)看起來(lái)和普通電機(jī)并沒(méi)有什么差別，但是這里面其實(shí)已經(jīng)包含了前文所述的控制芯片、位置傳感器和功率級(jí)(下圖左)。用戶(hù)所需要做的就是給電機(jī)供電(電源線(xiàn))并接上數(shù)據(jù)線(xiàn)，它就可以按照用戶(hù)的意思運(yùn)轉(zhuǎn)，控制角度、位置、轉(zhuǎn)速，甚至轉(zhuǎn)矩。而一般的電機(jī)是沒(méi)有辦法做到的。

3 總結(jié)

一體化電機(jī)本身用起來(lái)很簡(jiǎn)單，你只要連上電源線(xiàn)，有個(gè)通信的接口就可以用了。如果需要調(diào)整或設(shè)置參數(shù)的話(huà)，就要用到MPS的智能電機(jī)軟件GUI，通過(guò)一個(gè)通信接口的盒子連到電腦上，完全是用graphic來(lái)做，使用起來(lái)很方便。

目前MPS智能馬達(dá)的產(chǎn)品，功率等級(jí)從40W到200W都有。對(duì)于模塊，同樣MPS也是有不同的功率等級(jí)和不同的尺寸。