为了实现环境目标并减少排放，世界各国政府纷纷推出立法，要求提高电动马达的效率。

电动马达及其驱动器消耗了我们当今发电量的很大一部分。在美国，能源部（DoE）估计马达驱动系统消耗的电力占全国总发电量的一半以上。美国能源部也估计，电力成本约占马达总生命周期成本的96%。因此，提高马达和驱动器的效率可以在安装的整个生命周期内显着节省成本。

为了实现环境目标并减少排放，世界各国政府纷纷推出立法，要求提高电动马达的效率。随着马达效率的显着提高，欧盟等一些实体已开始关注马达驱动系统的效率。由於减少了损耗和冷却需求，碳化矽在将驱动器封装到马达外壳中的系统中具有显着的优势。

图一 : 为了实现环境目标并减少排放，世界各国政府纷纷推出立法，要求提高电动马达的效率。

碳化矽的优点

幸运的是，已有一种解决方案可用：由碳化矽（SiC）制成的MOSFET。与矽IGBT相比，SiC MOSFET除了提供三倍低的热阻和更有效的散热之外，还具有更低的传导和开关损耗，尤其是在部分负载条件下。许多马达驱动系统在其使用寿命的大部分时间，其实都是在低於满载的情况下作业，因此使用SiC时可以显着提高效率。

除了提高逆变器效率外，SiC还可以改善驱动系统中的功率因数校正（PFC）电路。包含升压PFC或完全双向PFC的马达驱动器可以透过提高开关频率来减少滤波器磁性元件的尺寸，从而从SiC中受益。这种尺寸的减小可以使系统变得更小、更具成本效益。

灵活的评估平台

Wolfspeed设计了SpeedVal Kit模组化评估平台，以协助工程师进行SiC装置的评估流程。该平台独特的卡缘连接让使用者能够更换碳化矽装置来测试不同的组件组合，同时保持与直流总线的低电感连接，这意味着需要数周时间的测试可以在几分钟内完成。有四种类型的板可以互换：电源板、控制板、附件板和闸极驱动器，而这种简单的定制有助於准确地表示最终应用。

该平台专为三相评估而设计，但也提供半桥版本。除了两个附加通道之外，三相板还提供了明确针对开发马达驱动器的功能，例如用於闭环设计和速度控制的编码器和旋转变压器回??。还新增了控制器区域网路（CAN）通讯介面作为可选系统介面。

此外，该套件专为评估Wolfspeed的分离SiC MOSFET产品组合而设计，包括650V至1200V范围内的产品，每种MOSFET变体和封装选项都有自己的电路板。它可以在高达900V的直流母线电压下作业，处理40A的输入和输出电流，并且能够测试总功率超过 30kW 的马达驱动和其他应用。SpeedVal平台供应商提供的各种闸极驱动器板提供各种规格，使设计人员能够为其应用选择正确的闸极驱动器，并透过调整闸极叁数及验证MOSFET是否在其安全操作区域内作业来进行最隹化。可以调整开关行为以获得适合马达的dv/dt。这是马达驱动设计中的重要步骤，因为许多马达都是为IGBT驱动而设计的，而使开关速度与马达速度相匹配可确保系统可靠性。

SpeedVal套件的控制板包含一个微控制器，用於向闸极驱动器提供脉宽调变 （PWM）讯号。这使得工程师可以使用实际的应用软体进行硬体评估。或者，可以使用函数产生器向闸极提供控制讯号。控制卡具有预先测试的韧体和以电脑为基础的GUI，可让控制器板执行双脉冲测试、运行三相马达以及执行其他作业。控制卡和GUI还提供输入和输出电压和电流读数的系统级详细资讯。

在评估过程中，工程师通常会先测试设计中的一相，每相皆代表一个单独的电路。首先测试一相可以验证电压调节、效率和热效能等效能指标。一旦单相效能达到预期，就可以添加剩馀的相。闸极驱动器最隹化和高功率测试过程成功完成後，设计人员就可以放心地继续布局电路，因为他们知道组件和设计将满足所需的规格。

SiC只会越来越受欢迎

随着工业应用和各种交通方式的电气化，碳化矽产品将因其更高的效率和热效能而受到欢迎，而这是这些应用的关键要求。马达驱动只是SiC固有优势能够带来回报的领域之一。其他高功率应用（例如电动车充电和再生能源发电）的设计者，也在寻求创造更有效率的设计并降低能源成本。SpeedVal Kit模组化评估平台就足够灵活，可以评估这些以及许多其他高功率三相用例（图二）。

图二 : SpeedVal 套件模组化评估平台主机具备一系列具有独特卡片边缘连接的控制卡和闸极驱动器，使设计人员能够透过快速改变碳化矽元件并评估所需的闸极驱动器来节省大量开发时间。

结论

SpeedVal套件模组化评估平台可快速评估SiC MOSFET和闸极驱动电路的电气和热效能。此外，它还可以对所选装置进行调整以满足目标应用的特定需求。 Wolfspeed的产品不仅限於SpeedVal平台，还包括SpeedFit设计模拟器软体，可协助使用者选择合适的产品并完善系统规格。

由於灵活性和效率是SiC评估的关键，Wolfspeed提供一系列叁考设计和全面的文档，包括避免寄生干扰的PCB布局指南，进一步帮助设计人员完成开发过程。