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COSMOS-1000 KZ100036 Smitec伺服渠道商介绍,在12月的“2020智能制造&中国运动控制/直驱行业发展高峰论坛”上，哈尔滨工业大学副院长杨明教授发表了《伺服驱动技术发展趋势展望》主题演讲，解读当前伺服电机驱动系统的一些发展趋势。本文整理自他的现场发言录音。

从市场数据来看，中国伺服市场规模依旧保持稳步上升趋势，国产品牌占比有所提高，占比30%左右，但在性能方面距离国际**水平尚有差距，大部分市场仍然被外资品牌占据，高端伺服几乎被垄断。就技术而言，高精度、高速度、高频响、智能化是伺服系统永恒的主题。在基本性能指标上，以日系的为例，**转速可以达到6000rpm，**转矩3.5倍，频响速度3.1kHz，带宽的测试指标依照国家的标准测试来很难达到。
随着新器件、新控制器的出现，伺服技术出现了新的机遇。首先是宽禁带功率器件，即硬件底层开关器件，有了更高开关频率，从而得到了更高的空间密度和伺服内环性能理论上限；其次，控制系统的SoC控制芯片有了多核异构的**，运算速度更快，实现并行处理，可以承担更强大的算法；第三是包含辨识、整定、诊断、抗扰等功能在内的智能免调试驱动算法。

宽禁带半导体的推广
宽禁带半导体材料具备禁带宽度、高击穿场强、高温可靠性、高开关频率等优势，得到了电力电子系统性能**提升。其应用场合有：①极端环境，特别是高温环境下有非常大的优势；②高频驱动应用，可以**降低低感电机温度或是明显提高高速电机载荷比；③电动汽车、混合动力汽车等高功率等级应用；④高功能密度应用，即电机与驱动器的一体化，尤其是微小型驱动器。
但宽禁带器件也有系列负面效应：①硬件稳定性问题：快速的高频特性和开关速度造成EMI问题；电机作为反电动势负载更容易引发串扰、电压振荡问题；除了价格，器件硬件本身的稳定性也造成了制约。②电磁兼容问题：高dv/dt以及高频开关，产生更高的共模EMI。③高频应用场合损耗问题：高频应用确有好处，但是也造成损耗的增大。④成本问题：宽禁带器件价格是器件的3-5倍，实现真正的产业应用尚有距离。

有关这一系列的问题，技术上也有一些优势和苗头。

源栅极驱动技术增加了系统成本，Elmo能够做到那么高的效率就是通过将源栅极部分的电路做成了集成芯片。

EMI抑制问题，可以通过扩频调质提高EMI***或通过输出滤波器将方波转变为正弦波，有利于长线传输，**控制整个电机系统EMI。

在电动车电机驱动领域，宽禁带器件已经有大规模应用趋势，特别是车载电机系统高压化趋势，提高续程的里程。日产车采用SiC电机控制器，功率密度可以达到100kw/L，是中国目前业内**的，且具备非常宽范围内可达到99%以上的**率

电机驱控一体化理念，是美国能源部提出的在2020年实现基于宽禁带器件的电机与驱动器一体化设计，整体目标体量减少35%，重量降低35%，能耗降低40%，也就是电机+驱动或电机+减速器，是未来的一个普遍方向。日本安川2017年推出商用化伺服产品达成了400w功率，开关频率50kHz，可以实现静音化。

微小型高功率密度驱动器主要是以色列Elmo，有着超小体积和超轻重量。宽禁带半导体器件为我们提供了弯道超车的机遇。今年哈工大开发的宽禁带器件让松下、安川常规的伺服器件功率有很大提升，经过5轮以上开发，**GaN驱动器可以达到20A，SiC驱动器的峰值电流可以达到50A以上，满足项目初级要求，实际峰值电流还可继续升到60A以上。

资讯来源：汕头罗克自动化