深度解读意法半导体工业级高压伺服驱动方案

意法半导体电机控制技术创新中心聚焦于AI服务器高功率电源热管理、家电和工业伺服驱动应用等领域，在新型无传感智能算法、高集成度能效提升、工业位置控制系统等关键细分市场，形成了系统化的解决方案体系。

在工业自动化与机器人技术飞速发展的今天，电机控制的精度、能效、可靠性与安全性成为核心竞争力。意法半导体凭借在电机控制领域深耕多年的电机控制技术创新中心，推出了覆盖高压、低压场景的全系列伺服驱动与机器人电机控制解决方案，从20KW工业级应用到150W人形机器人关节控制，全方位满足不同领域的严苛需求。今天，我们就来深入拆解这些“硬核”技术，看看ST如何用芯片与方案赋能智能驱动。

我们将分两篇文章向大家介绍意法半导体伺服驱动的全场景“硬核”解决方案，聚焦“高压+低压”双赛道，覆盖工业自动化与机器人核心应用：

上篇主要介绍工业级高压伺服驱动方案：详解20kW高性能、1-3kW通用双板设计及SiC/GaN专用平台。

下篇将介绍低压伺服驱动方案：解读紧凑型双轴、高功率密度单轴、带EtherCAT接口双轴三大方案。

高压伺服驱动解决方案：从IGBT到SiC/GaN，多维布局

ST在高压伺服驱动方面拥有丰富的解决方案，涵盖了IGBT、SiC和GaN等三种不同类型的功率器件。基于IGBT功率器件，ST可提供两种高压伺服解决方案，即最高可支持20kW应用的高性能伺服驱动方案及支持1kW和3kW的通用高压解决方案。而针对当下热门的第三代半导体碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）应用，ST在高压伺服驱动中也有相应布局。

1. 支持20KW应用的高性能高压伺服驱动解决方案

ST面向高端工业伺服驱动应用，推出支持20kW功率等级的高性能高压伺服解决方案。该方案基于STM32H7系列高性能微控制器与ACEPACKSMIT封装的IGBT功率模块（1200V/50A）构建，具备高控制带宽与优异能效表现，同时满足SIL 2功能安全认证要求。

方案采用紧凑型设计，整体尺寸为14×20厘米，可直接安装于电机顶部，实现高度集成的机电一体化布局。其模块化堆叠架构为系统开发提供了显著灵活性，支持快速迭代与定制化扩展。

在接口与传感方面，方案全面支持多种工业标准位置反馈接口，包括串行编码器、旋转变压器、霍尔传感器及增量编码器。同时集成完善的安全保护机制，包括安全扭矩关闭（STO）、安全制动控制（SBC）、电源过压/欠压检测及系统诊断功能，确保系统在高功率工况下的可靠运行。该解决方案通过EtherCAT、Modbus、CAN等工业总线协议实现实时通信，结合∑-Δ调制器（ISOSD61）实现高精度电流检测，为高端伺服系统提供了具备高可靠性、高功率密度与完整安全特性的完整平台。

2. 高性能通用伺服双板设计

ST的高性能通用伺服驱动解决方案，专为1kW至3kW应用场景设计，提供了一个高度集成且符合工业安全标准的完整平台，支持主流的EtherCAT、Modbus、CAN工业通讯网络。该方案的核心创新在于其模块化的双板架构（控制板+功率板），不仅支持用户根据功率需求（1kW或3KW）灵活选配功率板，更允许通过跳线更换STM32H7（高性能）或STM32H5（高性价比）系列MCU，实现了在系统性能与成本之间的精准平衡。

在安全性与可靠性方面，该方案严格遵循SIL 2安全完整性等级进行设计。控制板与功率板之间通过多重隔离屏障将安全功能（STO）、通信、传感器接口与功率部分彻底隔离，确保了系统的电气安全与稳定运行。同时，方案集成先进的Sigma-Delta调制技术，配合ST的高精度运放（如TSV91x系列）实现精确的相电流检测，为高精度控制提供保障。

功率部分采用ST的智能功率模块（IPM，如STGIK50系列）和高效的AC/DC电源管理方案，简化了逆变器设计并提升了功率密度。这种从控制核心、功率模块到安全电路的全面优化，使该解决方案成为满足现代工业伺服驱动严苛要求的理想选择。

3. SiC MOSFET与GaN的高压伺服驱动平台

除了IGBT方案，ST针对高压场景推出了SiC MOSFET与GaN驱动平台，进一步突破效率与带宽瓶颈：

SiC伺服驱动平台：650VDC输入下峰值功率达15KW，搭载1200V/25mΩ SiC MOSFET（SMIT封装），适配STM32H743 MCU，支持EtherCAT通讯与PoE供电，特别适合对耐高温、低损耗要求高的工业现场应用。

GaN高压伺服驱动板：基于GaN技术（650V，典型RDS (on)75mΩ），230VAC输入下实现500W功率输出且无需冷却风扇，10V/ns的dV/dt支持硬开关操作，且门极驱动器集成过流保护，兼顾高效率与小型化。采用HEMT GaN器件，具备快速开关性能和过流保护，适配230V交流电源，满足高效节能需求。

下篇我们将向大家介绍低压伺服驱动方案：解读紧凑型双轴、高功率密度单轴、带EtherCAT接口双轴三大方案。