來(lái)源：納芯微電子

在我們的日常生活中，工業(yè)控制元素?zé)o處不在。工業(yè)控制作為自動(dòng)化技術(shù)的核心，其本質(zhì)是通過(guò)對(duì)機(jī)械、電氣系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控，旨在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的無(wú)人化與智能化。這一技術(shù)看似高深，實(shí)則早已融入日常生活。例如，游樂(lè)園的設(shè)施背后，正是由無(wú)數(shù)旋轉(zhuǎn)電機(jī)與直線(xiàn)電機(jī)構(gòu)成的復(fù)雜控制系統(tǒng)。在工程師眼中，過(guò)山車(chē)的疾馳、旋轉(zhuǎn)木馬的律動(dòng)，本質(zhì)上都是電機(jī)在精密算法下的協(xié)同舞蹈。

01工業(yè)控制系統(tǒng)中核心要素：

變頻器、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)與PLC

在工業(yè)控制系統(tǒng)中，變頻器、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)與PLC構(gòu)成了核心控制要素。變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行頻率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能與穩(wěn)定運(yùn)行；伺服電機(jī)具備高精度閉環(huán)控制能力，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、機(jī)床等高精度場(chǎng)景；步進(jìn)電機(jī)以開(kāi)環(huán)控制為特點(diǎn)，適用于3D打印機(jī)等中低精度設(shè)備；而PLC作為上層控制單元，負(fù)責(zé)信號(hào)采集與邏輯處理，通過(guò)預(yù)設(shè)程序協(xié)調(diào)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的協(xié)同動(dòng)作，共同構(gòu)建起工業(yè)自動(dòng)化的“神經(jīng)系統(tǒng)”。

無(wú)論是新能源汽車(chē)的熱管理系統(tǒng)，還是工廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)的多軸機(jī)械臂，工業(yè)控制的核心邏輯始終如一：感知 → 控制 → 執(zhí)行 → 反饋。納芯微深耕工業(yè)控制領(lǐng)域多年，憑借對(duì)信號(hào)鏈、MCU、隔離與驅(qū)動(dòng)等核心環(huán)節(jié)的深刻理解，構(gòu)建出從“感知—決策—執(zhí)行”的完整控制體系，為工業(yè)設(shè)備提供高精度、高穩(wěn)定性的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

02PLC與驅(qū)動(dòng)

工業(yè)控制的“大腦與神經(jīng)”

一套完整的工業(yè)控制系統(tǒng)宛如同人體，需要“大腦”、“神經(jīng)”與“肢體”的協(xié)同。PLC作為控制“大腦”，負(fù)責(zé)接收溫度傳感器、壓力開(kāi)關(guān)等輸入信號(hào)，并通過(guò)邏輯編程輸出控制指令。

傳統(tǒng)PLC依賴(lài)大量光耦器件實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離。納芯微推出的多通道數(shù)字隔離芯片NSI860x（包括四通道的NSI8604和八通道的NSI8608）可將32路光耦集成至單顆芯片，不僅大幅節(jié)省了PCB面積，更將信號(hào)延遲從微秒級(jí)壓縮至納秒級(jí)。

NSI8608 PIN腳定義和功能框圖

驅(qū)動(dòng)層設(shè)備則扮演“神經(jīng)傳導(dǎo)”的角色：變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)交流電頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，使電梯實(shí)現(xiàn)平滑啟停；伺服驅(qū)動(dòng)器則需同時(shí)處理編碼器反饋與多軸協(xié)同指令，確保六軸機(jī)械臂的復(fù)雜軌跡分毫不差；步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其脈沖細(xì)分技術(shù)可將單步角從1.8°細(xì)化至0.007°，足以滿(mǎn)足消費(fèi)電子的精度需求。

從系統(tǒng)架構(gòu)看，工業(yè)控制的層級(jí)化特征顯著：PLC統(tǒng)籌全局邏輯，驅(qū)動(dòng)器解析具體動(dòng)作，電機(jī)執(zhí)行物理操作。這種分工在汽車(chē)產(chǎn)線(xiàn)中尤為典型——當(dāng)焊接機(jī)器人接收到PLC的“車(chē)門(mén)焊接”指令后，伺服驅(qū)動(dòng)器需在0.5秒內(nèi)完成路徑規(guī)劃、電流分配與碰撞檢測(cè)，最終由電機(jī)驅(qū)動(dòng)焊槍以0.01毫米重復(fù)精度完成作業(yè)。

03電機(jī)：自動(dòng)化系統(tǒng)的“心臟”

如果說(shuō)工業(yè)控制是自動(dòng)化系統(tǒng)的“神經(jīng)系統(tǒng)”，那么電機(jī)便是驅(qū)動(dòng)整個(gè)體系運(yùn)轉(zhuǎn)的“心臟”。根據(jù)控制需求的不同，工業(yè)電機(jī)可分為三大類(lèi)：控制類(lèi)電機(jī)、功率類(lèi)電機(jī)與信號(hào)類(lèi)電機(jī)。

信號(hào)類(lèi)電機(jī)——感知與反饋的起點(diǎn)

信號(hào)類(lèi)電機(jī)的價(jià)值常常被人們低估，卻是控制精度的關(guān)鍵保障。以納芯微磁編碼器為例，其核心器件AMR磁頭可檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的細(xì)微角度變化，配合納芯微的隔離通信芯片，將位置信號(hào)無(wú)失真地傳遞至控制器。這種“感知-反饋-修正”的閉環(huán)機(jī)制，使得現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備能夠像人類(lèi)肌肉一樣具備“本體感覺(jué)”。

控制類(lèi)電機(jī)——精度與響應(yīng)的核心

在控制類(lèi)電機(jī)中伺服電機(jī)憑借閉環(huán)控制與高精度特性，成為工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的首選，其內(nèi)部編碼器可實(shí)時(shí)反饋位置信息，確保機(jī)械臂抓取誤差小于0.1毫米。納芯微高精度工業(yè)編碼器MT6835具有21bit分辨率，可實(shí)現(xiàn)光編的高性?xún)r(jià)比替代。

MT6835 TSSOP-16封裝外觀(guān)圖和功能框圖

步進(jìn)電機(jī)具有開(kāi)環(huán)控制與低成本優(yōu)勢(shì)，它通過(guò)脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)“步進(jìn)式”轉(zhuǎn)動(dòng)，廣泛應(yīng)用于3D打印機(jī)等消費(fèi)級(jí)設(shè)備。納芯微差分霍爾磁性角度編碼器MT6701、15位磁性角度編碼器MT6826s等產(chǎn)品可用于步進(jìn)電機(jī)控制的位置反饋。

左：MT6701（SOP-8和QFN-16 封裝）功能框圖

右：MT6826s（ TSSOP-16和 QFN4x4-24L封裝）功能框圖

納芯微的NS800RT5049實(shí)時(shí)控制MCU工規(guī)版已正式量產(chǎn)，在伺服電機(jī)和步進(jìn)的控制應(yīng)用中，均能發(fā)揮出色的性能，已通過(guò)各行業(yè)數(shù)十家客戶(hù)的嚴(yán)苛測(cè)試與驗(yàn)證，收獲了積極正面的市場(chǎng)反饋。

NS800RT5049功能框圖

無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）因低噪音、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，在汽車(chē)油泵、散熱風(fēng)扇等場(chǎng)景中占據(jù)主導(dǎo)地位。納芯微的NSUC1610就是一款集成了4路半橋驅(qū)動(dòng)器的ARM MCU，主要用于控制小功率直流電機(jī)，可支持驅(qū)動(dòng)直流有刷電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等，在新能源汽車(chē)中廣泛使用，包含汽車(chē)電子執(zhí)行器、電子出風(fēng)口、電子水閥、AGS控制器電子充電小門(mén)控制等。納芯微角度傳感器MT6511、霍爾鎖存器MT836x等可以實(shí)現(xiàn)油泵旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置檢測(cè)等。

功率類(lèi)電機(jī)——能量輸出的源泉

功率類(lèi)電機(jī)則更強(qiáng)調(diào)動(dòng)力輸出，例如交流同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新能源車(chē)主驅(qū)系統(tǒng)。納芯微霍爾電流傳感器NSM203x、MT951x系列可實(shí)現(xiàn)電機(jī)母線(xiàn)電流、相電流的精準(zhǔn)測(cè)量，可在瞬間爆發(fā)數(shù)百牛米的扭矩，而變頻空調(diào)中的異步電機(jī)則通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能30%以上的效果。

NSM203x系列功能表

MT951x系列-MT9519功能框圖

針對(duì)功率類(lèi)電機(jī)的安全運(yùn)行需求，納芯微將于年底推出國(guó)內(nèi)首款 ASIL-D 功能安全驅(qū)動(dòng) NSI6911F。該產(chǎn)品歷經(jīng)四五年迭代優(yōu)化，集成 ADC、隔離電源管理、LDO 及自檢（BIST）功能，堪稱(chēng)完整的模擬芯片總成，兼具原副邊電源管理能力，擁有 19A 快速關(guān)斷性能與多種安全關(guān)斷保護(hù)策略，內(nèi)置 12 位高精度 ADC 模塊（通過(guò) ASIL-B 認(rèn)證），且具備過(guò)溫保護(hù)功能，可守護(hù)驅(qū)動(dòng)電路免受過(guò)熱影響。

納芯微功能安全驅(qū)動(dòng)NSI6911F一覽

納芯微電子（簡(jiǎn)稱(chēng)納芯微，科創(chuàng)板股票代碼688052）是高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司。自2013年成立以來(lái)，公司聚焦傳感器、信號(hào)鏈、電源管理三大方向，為汽車(chē)、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案。

納芯微以『“感知”“驅(qū)動(dòng)”未來(lái)，共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命，致力于為數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的連接提供芯片級(jí)解決方案。