基于STSPIN32G4的3kW伺服驱动参考设计详解

在低压（24V/48V）大功率伺服应用中，如何在紧凑空间内实现高效率、高可靠性的电机驱动，是工程师面临的核心挑战。意法半导体推出的 EVLSERVO1 参考设计 基于高度集成的 STSPIN32G4 系统级封装（SiP），为三相无刷电机（BLDC/PMSM）提供了一套完整的2–3 kW解决方案，兼具高性能FOC控制、优异热管理与再生制动保护能力。

系统架构与关键参数

EVLSERVO1采用控制板+功率板堆叠式模块化设计，整体尺寸仅50 mm × 80 mm × 60 mm（含散热片）。系统支持标称48V总线电压（设计裕量支持扩展至75V），在被动散热下可持续输出42 Arms（约2 kW），加装风扇后可达63 Arms（约3 kW）。

核心控制器 STSPIN32G4 集成：

STM32G431（Cortex-M4 @ 170 MHz），支持高级FOC算法；

三路半桥栅极驱动器（1 A峰值驱动电流）；

内置降压转换器（生成12V VDRIVE）与LDO（3.3V逻辑供电）。

功率级设计亮点

功率板采用 12颗STL160N10F8 MOSFET（100V, RDS(on) ≈ 1.2 mΩ），高低侧均双管并联，显著降低导通损耗并改善热分布。每相配置0.5 mΩ开尔文连接分流电阻，配合差分运放实现高精度双向电流采样。

PCB为4层结构，含完整实心接地层；电源走线使用140 μm（4 oz）厚铜，电机输出路径在三层重复布线并通过多过孔互联，最大限度降低寄生电感与IR压降。

再生制动与过压保护

当电机减速时，机械能回馈至直流母线，导致电压抬升。EVLSERVO1通过外接制动电阻 + 专用泄放MOSFET 实现过压钳位：当母线电压 > 62 V，MCU激活泄放开关，将能量导入0.9 Ω制动电阻组。测试显示，该电路可处理3.4 kW瞬时脉冲功率，有效维持母线电压在安全窗口（62–65 V）。

控制与接口能力

电流检测：三相独立分流采样，12位ADC同步转换；

位置反馈：支持霍尔传感器、增量编码器及绝对值编码器（SPI/UART），输入端配备RS-422/485差分收发器抗噪；

通信接口：CAN、UART，便于上位机监控；

保护机制：过流（基于VDS监测）、过温（NTC）、过压三重防护。

实测性能

在63 Arms满载、强制风冷条件下，低侧MOSFET结温稳定在105°C（环境25°C），远低于175°C极限。开关波形显示，硬开关压摆率约1 V/ns，高侧关断负压尖峰经板对板连接器滤波后控制在-10 V以内，系统稳定性良好。

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