【导读】于工业主动化对于伺服驱动要求日趋严苛的配景下，模块化设计正成为解决尺寸、功率密度及靠得住性挑战的要害路径。EVLSERVO1参考设计经由过程立异的架构优化，于有限空间内实现了卓着的驱动机能与机电安全掩护的完善均衡，为高要求运用场景提供了靠得住的解决方案。

择要

于工业主动化对于伺服驱动要求日趋严苛的配景下，模块化设计正成为解决尺寸、功率密度及靠得住性挑战的要害路径。EVLSERVO1参考设计经由过程立异的架构优化，于有限空间内实现了卓着的驱动机能与机电安全掩护的完善均衡，为高要求运用场景提供了靠得住的解决方案。

最近几年来，年夜功率机电驱动解决方案需求连续增加。特别是低压伺服驱动运用，亟需可以或许治理数百瓦至数千瓦功率传输的靠得住体系。此范畴重要采用三相无刷机电，因其于机械负载扭矩定位与调治方面具有卓着的矫捷性及强劲机能[1]。因为此类运用凡是利用24V或者48V尺度工业电压，其功率级需治理数十安培的电流，致使设计面对严重挑战。此外，最新市场趋向要求将紧凑型机电驱动器直接安装在被控机电上方，以削减布线、辐射发射及成本，这进一步加重了设计繁杂性。此中，功率级终极晶体管的选型和其与伺服机电的毗连至关主要——高电流程度可能增长功率损耗与温升，并对于必需妥帖处置惩罚的板级走线造成过应力[2]。

为充实阐扬三相无刷机电机能，需采用如磁场定向节制（FOC）等进步前辈技能，经由过程动态调解机电绕组电流孕育发生的磁场以实现能效最年夜化。

意法半导体的 STSPIN32G4 将高机能STM32 microcontroller、三相半桥栅极驱动器及矫捷电源治理电路集成在单芯片。微节制器卖力高级机电节制算法，驱动器则全权节制功率级。新型 EVLSERVO1 参考设计（图1） 基在 STSPIN32G4，专为伺服驱动运用开发。

图1. EVLSERVO1 参考设计

设计架构

EVLSERVO1采用模块化设计（图1），由重叠的两块印制电路板（PCB）组成：节制板与功率板。该设计面向三相无刷直流机电，被动冷却时持续运行功率可达2kW，加装电扇时可达3kW。体系标称总线电压为48V，但设计留有较年夜余量，事情电压可扩大至75V。无电扇时最年夜输出电流为42Arms，加装电扇时可达63Arms。

图2. EVLSERVO1 体系框图与毗连

功率板设计

功率板（图2）焦点为12颗STL160N10F8 MOSFET，以三相半桥布局摆列，每一侧（高边/低边）开关由两颗并联晶体管组成。体系具有再生制动时期总线过压掩护能力——当伺服驱动器需降速时，节制算法调解机电调制方式以反转功率传输标的目的。

节制板设计

STSPIN32G4是节制板焦点（图2），其内置的STM32G431微节制器（Cortex®-M4内核，主频高达170MHz）履行节制算法。

体系经由过程三电阻采样（每一相一个分流电阻）实现FOC所需的双向机电电流检测，旌旗灯号经运放增益级放年夜后由STSPIN32G4内部两个12位ADC采样转换[3]。

机能验证

为验证 EVLSERVO1 的稳健性，搭建图 3 所示测试平台：

图3. EVLSERVO1 驱动年夜功率负载测试场景

体系主输入端毗连至一台可提供高达3.5kW电功率的直流电源，而三路输出端则驱动一台三相无刷直流机电（该机电于3000rpm转速下可输出4.47kW机械功率，约合6HP）。机电孕育发生的机械能经由过程磁滞制动器耗散，且机电与制动器之间采用柔性联轴器毗连。三只功率电阻并联组成制动电阻收集，于计入板端布线阻抗后总阻值约为0.9Ω。

STSPIN32G4配置了实现FOC算法的固件。EVLSERVO1于靠近3kW平均功率下运行至极限（图3电源显示值）。

于25°C情况中运行约15分钟后体系到达稳态，功率板最热门（低边MOSFET）温度为113°C（图4左）。开启电扇并将输出电流晋升至63Arms后，最热MOSFET温度降至105°C（图4右）。

图4. EVLSERVO1 功率板热成像图

图5展示了制动电阻的干涉干与案例：禁用机械制动器（仅保留磨擦损耗），使用体系动弹惯量存储能量（机电顺时针扭转），随后忽然号令驱动器逆时针反转轴以引发再生制动。初始阶段总线电压因机电作发机电运行而上升，电流注入体系bulk电容。

于整个制动阶段，电阻以脉冲模式屡次激活，将总线电压钳位于62V–65V安全区间。此历程中脉冲电流达60A，峰值功率约3.4kW，平均功率148W。EVLSERVO1于制动阶段提供约4.7W平均功率为装备内部bulk电容充电，随后机电反转并加快至方针转速，电源功率慢慢升至400W。

图5. 制动电阻干涉干与波形

结论

低压伺服驱动运用需要靠得住且高效的机电节制体系。紧凑型EVLSERVO1撑持将电子部件就近机电安装，切合伺服驱动需求。其具有多重掩护机制（包括专用在处置惩罚再生制动引起总线过压的电路），确保妨碍前提下的设计稳健性。

参考文献

[1] Servo motor driver design for high performance applications, IEEE paper

[2] TA0361 - Thermally aware high-power inverter board for battery-powered applications, Technical Article

[3] AN5397 - Current Sensing in motion control applications, Application Note

[4] AN4694 - EMC design guides for motor control applications, Application Note

[5] Design rules for paralleling of Silicon Carbide Power MOSFETs, Conference paper

[6] Why Do Passive Oscilloscope Probes Have So Many Ground Connection Options?

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