【導讀】工業(yè)峰會(huì )2024 于2024年10月29日在中國深圳圓滿(mǎn)落幕，大會(huì )展出了150多個(gè)應用解決方案，舉辦了28場(chǎng)關(guān)于電機控制、電源和能源、自動(dòng)化的會(huì )議，并展示了ST的技術(shù)產(chǎn)品。針對那些無(wú)法親臨峰會(huì )現場(chǎng)的人，ST還組織了40多場(chǎng)獨特的網(wǎng)絡(luò )直播，以觸達更廣泛的觀(guān)眾，使更多的人能夠觀(guān)看峰會(huì )。正如與會(huì )者將看到的那樣，因為本屆峰會(huì )聚焦智能能源，ST必須讓工業(yè)峰會(huì )2024觸達更多的工程師和決策者。氣候變化對電力電子產(chǎn)品提出更高的能效要求，同時(shí)，數據中心、可再生能源，以及供暖和制冷的新消費趨勢也需要創(chuàng )新技術(shù)。
工業(yè)峰會(huì )2024 于2024年10月29日在中國深圳圓滿(mǎn)落幕，大會(huì )展出了150多個(gè)應用解決方案，舉辦了28場(chǎng)關(guān)于電機控制、電源和能源、自動(dòng)化的會(huì )議，并展示了ST的技術(shù)產(chǎn)品。針對那些無(wú)法親臨峰會(huì )現場(chǎng)的人，ST還組織了40多場(chǎng)獨特的網(wǎng)絡(luò )直播，以觸達更廣泛的觀(guān)眾，使更多的人能夠觀(guān)看峰會(huì )。正如與會(huì )者將看到的那樣，因為本屆峰會(huì )聚焦智能能源，ST必須讓工業(yè)峰會(huì )2024觸達更多的工程師和決策者。氣候變化對電力電子產(chǎn)品提出更高的能效要求，同時(shí)，數據中心、可再生能源，以及供暖和制冷的新消費趨勢也需要創(chuàng )新技術(shù)。
暖通空調參考設計
藍天白云下的工業(yè)建筑屋頂上的空調機組（HVAC）
10 kW大功率HVAC（空調、熱泵和數據中心冷卻系統）參考設計是2024年工業(yè)峰會(huì )上最令人印象深刻的演示之一，這個(gè)方案只用一個(gè)微控制器驅動(dòng)三相Vienna PFC（功率因數校正器）和壓縮機BLDC電機，過(guò)去，每個(gè)部分都要用一個(gè)MCU。因此，這種更高效的系統提供了更大的控制穩定性，并有助于顯著(zhù)減少物料成本。
STM32G4負責運行電機控制和數字電源二合一固件庫，盡管要執行的任務(wù)很多，但CPU負載率僅60%左右，其中，數學(xué)協(xié)處理器和數據管理架構功能起了很大的作用。這塊板子還具有其他功能，例如，支持KNX總線(xiàn)和預測性維護應用。簡(jiǎn)而言之，ST展示的是一個(gè)能夠加快項目開(kāi)發(fā)的功能豐富的參考設計電路板。
工業(yè)峰會(huì )2024上展出的暖通空調參考設計
選擇開(kāi)發(fā)10 kW應用參考設計是因為家用和商用暖通空調解決方案中的大多數壓縮機需要大約10 kW到15 kW的電源。因此，工程師們在此次工業(yè)峰會(huì )2024上看到了一個(gè)如何快速創(chuàng )新的具體的實(shí)例。實(shí)際上，工程師只要根據特定需求適當調整該參考設計即可。例如，雖然我們默認使用1200 V IGBT和硅基二極管（PFC中的STTH30S12，壓縮機中的STGWA40M120DF3），但設計人員可以選用意法半導體的SiC器件來(lái)提高能效和功率密度。同樣，在保持使用單個(gè)MCU的優(yōu)勢的同時(shí)，將當前的功率調整為15千瓦的壓縮機也比較簡(jiǎn)單。
2024工業(yè)峰會(huì )上最大的演示系統方案
機械臂抓取一個(gè)盒子
峰會(huì )上展出的自動(dòng)化流水線(xiàn)系統是同類(lèi)首創(chuàng )，也是工業(yè)峰會(huì )2024上的最大的解決方案演示。意法半導體豐富的系統級專(zhuān)業(yè)知識，廣泛的產(chǎn)品范圍和技術(shù)組合，給參會(huì )者留下了深刻印象。在眾多的控制器、驅動(dòng)器、RFID讀取器、網(wǎng)關(guān)、傳感器等產(chǎn)品中總共有500多顆ST芯片。在一個(gè)如此大的系統演示中，很多不同的組件來(lái)自同一家公司，這是非常罕見(jiàn)的。
這個(gè)大型演示模型是一個(gè)由三個(gè)機械臂和七個(gè)雙電機伺服驅動(dòng)解決方案組成的復雜的自動(dòng)化流水線(xiàn)系統，其中運送物體總共使用了14個(gè)永磁直線(xiàn)同步電機，ST技術(shù)創(chuàng )新中心為這些電機設計了七個(gè)雙電機伺服驅動(dòng)器。七個(gè)雙伺服驅動(dòng)器使用EtherCAT和一個(gè)可編程邏輯控制器（PLC）通信，其中可編程邏輯控制器使用CiA 402協(xié)議分發(fā)實(shí)時(shí)運動(dòng)參考信號。簡(jiǎn)而言之，這不僅是一個(gè)精彩的應用演示，還是一個(gè)交鑰匙解決方案。
STM32MP2開(kāi)發(fā)套件，簡(jiǎn)化PLC開(kāi)發(fā)
這個(gè)自動(dòng)化流水系統還支持CODESYS、Profinet、Sub-1G、IO-link等協(xié)議。此外，這個(gè)演示展示了ST與西門(mén)子的合作關(guān)系。通過(guò)利用西門(mén)子的自動(dòng)化解決方案，ST可以使用PLC（可編程邏輯控制器）和HMI（人機界面）來(lái)確保更高的裝配準確度、可靠性和精度。因此，這個(gè)自動(dòng)化裝配流水線(xiàn)是證明ST在嵌入式系統領(lǐng)域擁有豐富的產(chǎn)品組合和大量的專(zhuān)業(yè)知識的最好例子。
這個(gè)系統演示還展示了一個(gè)在虛擬空間映射現實(shí)世界制造過(guò)程的數字孿生平臺。數字孿生模型為預測性維護和效率分析提供了一個(gè)獨特的仿真能力。數字孿生可以幫助工程師預測問(wèn)題，減少停機時(shí)間，并在不停產(chǎn)的情況下測試潛在的變化，而不需要在現場(chǎng)監控裝配線(xiàn)的每個(gè)角落和縫隙。這個(gè)概念在汽車(chē)和航空航天工業(yè)中很熱。通過(guò)在工業(yè)峰會(huì )2024等活動(dòng)上展示這個(gè)概念，ST揭開(kāi)了數字孿生的神秘面紗，從而擴大智能制造的應用范圍。
數據中心
重新思考AI數據中心電源
本屆峰會(huì )上還有新的亮點(diǎn)，比如，使用碳化硅技術(shù)提高能效和功率密度的5.5千瓦人工智能數據中心電源。在過(guò)去的五年里，云計算、人工智能和區塊鏈技術(shù)使數據中心市場(chǎng)呈現爆炸式增長(cháng)。事實(shí)上，伴隨著(zhù)數據中心在全球的大量增長(cháng)，還需要大量的冷卻系統和電能用于支撐。除了設備本身運行需要大量的電能外，冷卻也會(huì )消耗大量的電能。因此，任何形式的能效提升都會(huì )產(chǎn)生巨大的影響，這意味著(zhù)設備將使用更少的電能，對冷卻的需求也會(huì )降低。
本屆峰會(huì )展出的電源也是獨一無(wú)二的，更高的能效意味著(zhù)它可以省去橋式二極管。事實(shí)上，使用SiC器件和配套的STGAP電隔離柵極驅動(dòng)器不僅可以提高能效，而且能夠實(shí)現新拓撲更好的落地。ST配套的MCU處理器STM32G4還為電源解決方案帶來(lái)了智能和先進(jìn)的控制功能，以實(shí)現更復雜的配電機制，從而更好地實(shí)時(shí)適應負載波動(dòng)。
簡(jiǎn)而言之，開(kāi)發(fā)現代且功能豐富的電源變得更具成本效益，從而促進(jìn)了新一代電源的進(jìn)一步應用。此外，ST合作伙伴展示的人工智能數據中心電源是目前很少的采用SiC的實(shí)物電源。這個(gè)樣機演示還表明，向高壓直流（HVDC）基礎設施轉型還有助于創(chuàng )建更環(huán)保的數據中心。因為高壓直流輸電降低了輸電損耗，降低了配電過(guò)程中的能耗，從而提高了整體能效。
此外，將可再生能源直接整合到現場(chǎng)運營(yíng)是實(shí)現更環(huán)保的數據中心的另一條途徑，這種方法可以大幅減少整體碳足跡。事實(shí)上，太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電有助于我們減輕對傳統電網(wǎng)的依賴(lài)度，讓人工智能數據中心變得綠色環(huán)保。當然，將可再生能源應用于人工智能數據中心領(lǐng)域將會(huì )面臨不少挑戰，但是在工業(yè)峰會(huì )2024上，ST的合作伙伴展示了如何使用ST的SiC產(chǎn)品將這個(gè)概念變?yōu)楝F實(shí)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在世界建設越來(lái)越多的數據中心的同時(shí)，意法半導體正在努力建設一個(gè)更節能、更具成本效益和對環(huán)境負責的電力基礎設施新時(shí)代。
與全球SiC領(lǐng)導者一起創(chuàng )新
碳化硅和氮化鎵晶片
由于ST在碳化硅領(lǐng)域擁有近三十年的研制經(jīng)驗, 從技術(shù)研發(fā)到襯底、外延、晶圓制造，再到模塊組裝和封裝測試，ST全盤(pán)掌控碳化硅的價(jià)值鏈。與許多競爭對手不同的是，ST能夠在價(jià)值鏈上下游全面創(chuàng )新，提供業(yè)內性能最好的產(chǎn)品。此外，從碳化硅粉末到襯底、晶片、裸片、分立器件和電源模塊，ST能夠控制所有制造過(guò)程，滿(mǎn)足客戶(hù)日益增長(cháng)的需求。
當工程師們想知道如何使用SiC甚至如何采購S(chǎng)iC時(shí)，工業(yè)峰會(huì )2024給出了答案，與會(huì )者在會(huì )上看到ST是如何解決這些問(wèn)題，以及如何一步一步成長(cháng)為全球排名前列的碳化硅供應商。具體而言，與會(huì )者可以獲得我們廣泛的MOSFET晶體管和二極管產(chǎn)品組合，以及在汽車(chē)和工業(yè)關(guān)鍵系統的應用情況。例如，參會(huì )者可以看到SiC MOSFET產(chǎn)品組合如何切實(shí)提高太陽(yáng)能電動(dòng)汽車(chē)充電站、電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器、電驅逆變器、儲能應用和人工智能服務(wù)器電源的能效、可靠性和性能。
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