被广泛使用的伺服技术，在60年代是自动化工程师羡慕的对象。 这种小巧、精确和全电动的技术反映了我们今天可用的半导体控制、传感器和功率技术的紧凑性。 今天最大的挑战仍然是伺服器与其控制器之间的接线。 由于电机和控制信号必须承受高电流，因此布线成本高昂，并且是电磁干扰 （EMI） 的重要来源。 由阻抗不匹配引起的反射波经常成为一个问题，对电机绕组的绝缘产生破坏性应力。 理想情况下，将驱动器和控制器集成到伺服电机中将解决许多挑战。
目前，硅基IGBT是伺服驱动电路的主流。 近年来，随着制造商稳步降低损耗和寄生效应的影响，其出色的高压性能已得到证明。 此外，封装技术有助于减小电路尺寸。 然而，被动冷却和基于IGBT的集成伺服电机仍然无法实现，因为这些驱动系统必须处理200%甚至300%的过载情况。
解决伺服驱动器的挑战
随着宽带隙SiC MOSFET的推出，设计人员现在可以将新工具应用于伺服驱动器设计。 SiC MOSFET的工作温度高于IGBT，再加上更低的开关损耗和更高的源漏电压，非常适合该应用。 SiC MOSFET也可以进行漏极，以非常低的电阻导电，从而允许使用节能的同步整流技术。
改用碳化硅还具有一系列其他好处。 发生的损耗与温度无关，室温与175°C的操作条件之间的差异很小。 由于DV DT可以由栅极电阻RG控制，因此更容易实现电磁兼容性（EMC）。 这也为更高的开关频率打开了大门。 这使得空间密集型磁性元件可以按比例缩小，并使伺服器对动态负载变化的响应速度更快。 与基于 IGBT 的设计相比，设计人员可以在类似的工作温度下将工作温度降低多达 40% 或提供 65% 的功率。
当今的金属芯印刷电路板 （MCPCB） 采用集成伺服设计，具有低损耗辅助电路和导热环氧树脂，可以更轻松地控制热挑战。 热仿真表明，当使用 300 cm 齿形后盖时，集成的 SiC 设计的顶部温度仅为 113°C，后部温度低于 80°C。
完全集成的SIC伺服
电源板放置在最靠近外壳的位置，封装有助于设计的紧凑性和轻量化。 该封装包含一个开尔文源极引脚，可用于将 EON 损耗降低三倍。 同时，扩散焊接方法还可以提供热阻的改进，优于其他包装中使用的焊接工艺。 堆栈中的下一个电路板承载驱动器，可提供高达6A的典型峰值电流，以满足所用1200 V SiC MOSFET的需求。 为了使用无芯变压器进行电流隔离，还集成了一个米勒钳位以防止寄生导通。 控制系统位于最后一块板上，配备DSP和MAC命令，以应对三相电机控制算法及其数字反馈回路的挑战。 集成了低延迟通信总线，并使用各向异性磁阻 （AMR） 传感器来获取转子位置，并集成了温度补偿功能，使伺服更加精确。
由600 V DC供电的评估集成伺服电机在测试条件下被证明是可靠的，该测试条件在慢速（150ms）和快速（50ms）循环期间将伺服加速到1500 rpm。
碳化硅的可用性使工程师能够最终将电机和驱动系统组合到一个解决方案中。 结合紧凑且高度集成的微控制器和磁传感器，以及热优化的MOSFET封装，这最终可能标志着伺服系统布线的终结。