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電氣激磁交流同步電機模型介紹

在當前的新能源載具驅動系統中，內藏式永磁同步馬達 (IPMSM) 憑藉高功率密度與優異的低速轉矩表現，長期佔據市場主流。然而，隨著電動車市場的擴張與應用場景的多樣化，產業界對供應鏈安全與全速域效率的要求日益提高。在此背景下，電氣激磁交流同步電機 (Electrically Excited Synchronous Motor, EESM) 作為一種無稀土的替代方案，重新受到車廠的重視。為什麼需要 EESM？ EESM 的重新崛起，主要源於 IPMSM 在實際工程應用與供應鏈上所面臨的三大瓶頸：依賴稀土材料與成本波動：IPMSM 高度依賴稀土磁石來建立轉子磁通。稀土金屬的價格受地緣政治影響極大，導致成本難以長期穩定控制。高速弱磁區間的效率受限：IPMSM 的磁通大小在製造後幾乎固定，當電機運轉至高轉速時，為了避免端電壓高於DC Bus電壓，必須注入大量的負D軸電流來弱磁。而這些無功的電流會產生顯著的銅損，導致高速區間時的效率大幅下降。相較之下，EESM 透過轉子激磁繞組取代永久磁鐵，將轉子磁通轉變為可控變數，從根本上解決了恆定磁場所帶來的限制

6月25日

FMU模組-2

於先前文章中，我們已介紹MR2 Advance搭配FMU模組實現即時聯合仿真系統。使用者可從Simulink或MapleSim等第三方建模軟體生成FMU檔案，將FMU檔案載入FMU模組後，模組將自動呼叫內建編譯器進行模型編譯與執行，此方案大幅降低使用者建置聯合仿真的技術門檻，為使用者提供簡易且快速部署即時聯合仿真系統。 (圖1) MR2 Advance基於FMI之即時聯合仿真系統隨著許多客戶的應用情境日益多元且複雜，為了模擬更接近真實的物理環境，其生成的數學物理模型體積也與日俱增。儘管FMU模組內建模型編譯功能，但受限於雙核心處理器的運算資源，其編譯時間將隨著模型複雜度越大而變得越久，進而增加使用者從調整模型至實機驗證的開發週期。為了提供客戶高效率的實驗環境，我們引入交叉編譯(Cross compilation)方案，客戶在安裝我們所提供的軟體擴充包後，即可利用PC端(x86-x64架構)強大的多核心處理器，以並行處理進行模型編譯，最後將編譯結果載入至FMU模組，由內部的即時系統負責模型運算，並與MR2 Advance進行高速資料交握，實現聯

5月27日

高效驗證控制策略: CHIL-DS02打通馬達驅動晶片與HIL的訊號匹配

技術背景：為何HIL測試需要訊號匹配？在現代三相馬達驅動架構中，上橋MOSFET或IGBT的驅動通常依賴自舉(Bootstrap)電路來提供閘極電壓。同時，馬達驅動晶片常整合內部自舉電路或閘極驅動器與相電壓(Vabc)回授訊號，用於無感測器控制、反電動勢偵測及系統保護。然而，在進行 HIL(Hardware-in-the-Loop)測試時，開發者常面臨高壓或者差動訊號無法直接接HIL平台，或HIL輸出電壓不足以觸發驅動IC回授邏輯的困境，這些訊號必須進行電壓轉換匹配，才能安全且準確地測試。針對此需求開發了一款訊號整合模組，可同時完成高壓訊號降壓及低壓訊號放大，以及HIL系統連接，簡化開發流程並提升量測可靠性。一、自舉電路馬達驅動電路(H橋)通常優先選用 NMOS，因為在相同導通損耗下，PMOS 的製造規格要求更高、價格較昂貴。採NMOS作為上臂開關時，若要使其完全導通，必須提供足夠的VGS電壓。由於上臂汲極已連接電源(如48V)，內部電源無法提供更高的電壓使其導通。此時需透過自舉電路產生一個高於系統輸入的電壓(通常比電源高10~1

4月21日

FMU模組

本文將逐步介紹FMU模組，如(圖1)所示，使用者可透過 Simulink、MapleSim等常見的模擬仿真軟體，或依循FMI通用介面的第三方建模工具生成FMU檔案，並透過USB 2.0 High speed通訊將FMU檔案傳送至模組中。FMU模組在接收檔案後，將自動進行模型編譯，待編譯完成將立即與MR2 Advance進行聯合仿真(Co-Simulation)。 (圖1) FMU模組之實體圖隨著模型式設計(Model-Based Desige)與硬體迴路(Hardware-in-the-Loop, HIL)技術日趨成熟，系統開發流程已逐步從傳統的單機模擬，演進為跨平台、跨工具的協同驗證架構。為了提升模型的可攜性、重用性以及整體仿真系統整合效率，業界提出FMI(Functional Mock-up Interface)這一通用介面規範，以及其對應的FMU(Functional Mock-up Unit)檔案格式。透過此通用介面，不同建模工具與模擬平台之間得以快速整合，並進行高效且一致的聯合仿真，MR2 Advance搭配FMU模組亦可實現此一架構

3月4日

FMU與FMI的版本差異與說明

在進行系統級模擬時，工程師常面臨的挑戰是「不同工具的模型能否有效協作」。而FMI (Functional Mock-up Interface)的出現，正是為了標準化這些「模型交換」與「聯合模擬」的流程，打破工具之間的圍牆，讓模型能夠像積木一樣自由組合。 FMI 與 FMU 的技術定義： FMI (Functional Mock-up Interface)：這是一套「標準通訊協定」（Protocol）。它定義了模型應如何封裝、輸入輸出接口（I/O）規範、以及外部軟體如何呼叫模型內的數學函數。概念上可類比為 USB 的介面標準。 FMU (Functional Mock-up Unit)：這是符合FMI規範的「檔案實體」。它通常是一個 .fmu的壓縮檔，相當於一個隨身碟。一個標準的 FMU 內部包含了兩個關鍵部分： XML描述檔 (modelDescription.xml)：包含了變數名稱、單位、參數以及輸入輸出接口定義。二進制執行檔 (Binaries/C-code)：包含了模型的實際動態行為與物理公式。在業界應用中，FMU主要分為兩

1月26日

CAN模組-3

先前的文章中，我們逐步介紹CAN模組的特色，其支援CAN 2.0A（Standard CAN）、CAN 2.0B（Extended CAN）、CAN FD等協議，以及MR2操作介面之CAN通訊相關設定。本文將延伸討論CAN協議之錯誤處理機制，幫助讀者進一步掌握 CAN 協議，並在應用層面能更有效地偵測與排除錯誤。 (圖1) CAN Bus模組之實體圖 CAN Controller具備三種運作狀態，用於表示該節點是否屬於正常運作的CAN裝置，其狀態分別為Error Active、Error Passive與Bus Off，並且搭配兩個錯誤計數器TEC(Transmit Error Counter)與REC(Receive Error Counter)等，動態調整CAN Controller運作狀態。當系統啟動時，節點初始狀態為Error Active，表示該裝置為正常運作的CAN節點，隨著運行過程中的錯誤累積，當TEC或REC大於等於127時，此節點將進入Error Passive狀態，若錯誤持續增加而未改善，最終將進入Bus Off狀態，此時該節

2025年12月16日

三電平逆變器在馬達應用中的特點與架構比較

在馬達驅動系統中，逆變器(inverter)扮演著將直流電轉換為交流電的關鍵角色。傳統的二電平(2-level)逆變器雖然結構簡單，但在高電壓或高功率應用中會面臨幾個挑戰：開關電壓應力大：每個功率元件必須承受整個直流母線電壓，限制了可選用的元件與可靠度輸出電壓波形品質差：二電平輸出僅能在「+Vdc/2」與「–Vdc/2」間切換，造成較大的諧波含量，影響馬達效率與溫升電磁干擾(EMI)嚴重：因為電壓變化太快、波形裡又帶有很多雜訊，容易對周邊設備造成干擾，讓系統的穩定性變差為了解決這些問題，三電平(3-level)逆變器被提出。透過在每相橋臂中引入中點電位或額外的功率元件，三電平結構能夠在輸出端形成三個電壓層級：+Vdc/2、0、–Vdc/2。這樣的改進帶來以下好處：降低開關元件的電壓應力(每顆只需承受 Vdc/2) 改善輸出波形品質，大幅降低諧波，使馬達運轉更平順、高效降低濾波器設計難度，因諧波含量降低，濾波器的尺寸、重量與成本皆可縮減目前常見的三電平架構包含：中點鉗位式 (NPC, Neutral-Point Clamped

2025年11月17日