被廣泛使用的伺服技術，在60年代是自動化工程師羨慕的物件。 這種小巧、精確和全電動的技術反映了我們今天可用的半導體控制、感測器和功率技術的緊湊性。 今天最大的挑戰仍然是伺服器與其控制器之間的接線。 由於電機和控制訊號必須承受高電流，因此佈線成本高昂，並且是電磁干擾 （EMI） 的重要來源。 由阻抗不匹配引起的反射波經常成為乙個問題，對電機繞組的絕緣產生破壞性應力。 理想情況下，將驅動器和控制器整合到伺服電機中將解決許多挑戰。
目前，矽基IGBT是伺服驅動電路的主流。 近年來，隨著製造商穩步降低損耗和寄生效應的影響，其出色的高壓效能已得到證明。 此外，封裝技術有助於減小電路尺寸。 然而，被動冷卻和基於IGBT的整合伺服電機仍然無法實現，因為這些驅動系統必須處理200%甚至300%的過載情況。
解決伺服驅動器的挑戰
隨著寬頻隙SiC MOSFET的推出，設計人員現在可以將新工具應用於伺服驅動器設計。 SiC MOSFET的工作溫度高於IGBT，再加上更低的開關損耗和更高的源漏電壓，非常適合該應用。 SiC MOSFET也可以進行漏極，以非常低的電阻導電，從而允許使用節能的同步整流技術。
改用碳化矽還具有一系列其他好處。 發生的損耗與溫度無關，室溫與175°C的操作條件之間的差異很小。 由於DV DT可以由柵極電阻RG控制，因此更容易實現電磁相容性（EMC）。 這也為更高的開關頻率開啟了大門。 這使得空間密集型磁性元件可以按比例縮小，並使伺服器對動態負載變化的響應速度更快。 與基於 IGBT 的設計相比，設計人員可以在類似的工作溫度下將工作溫度降低多達 40% 或提供 65% 的功率。
當今的金屬芯印刷電路板 （MCPCB） 採用整合伺服設計，具有低損耗輔助電路和導熱環氧樹脂，可以更輕鬆地控制熱挑戰。 熱模擬表明，當使用 300 cm 齒形後蓋時，整合的 SiC 設計的頂部溫度僅為 113°C，後部溫度低於 80°C。
完全整合的SIC伺服
電源板放置在最靠近外殼的位置，封裝有助於設計的緊湊性和輕量化。 該封裝包含乙個開爾文源極引腳，可用於將 EON 損耗降低三倍。 同時，擴散焊接方法還可以提供熱阻的改進，優於其他包裝中使用的焊接工藝。 堆疊中的下乙個電路板承載驅動器，可提供高達6A的典型峰值電流，以滿足所用1200 V SiC MOSFET的需求。 為了使用無芯變壓器進行電流隔離，還整合了乙個公尺勒鉗位以防止寄生導通。 控制系統位於最後一塊板上，配備DSP和MAC命令，以應對三相電機控制演算法及其數字反饋迴路的挑戰。 整合了低延遲通訊匯流排，並使用各向異性磁阻 （AMR） 感測器來獲取轉子位置，並整合了溫度補償功能，使伺服更加精確。
由600 V DC供電的評估整合伺服電機在測試條件下被證明是可靠的，該測試條件在慢速（150ms）和快速（50ms）迴圈期間將伺服加速到1500 rpm。
碳化矽的可用性使工程師能夠最終將電機和驅動系統組合到乙個解決方案中。 結合緊湊且高度整合的微控制器和磁感測器，以及熱優化的MOSFET封裝，這最終可能標誌著伺服系統佈線的終結。