在工业电机驱动器中采用碳化硅设计的实用工具

每年，包括工业低电压电机驱动器、伺服驱动器、热泵和空调在内的工业电机所消耗的电量占全球总耗电量的 45% 以上。

在驱动器电路中采用碳化硅代替传统的硅基 IGBT，可使系统设计人员在设计出更小型、更轻量的嵌入式电机驱动系统的同时，达到最严格的 IE4 效率标准。本文将介绍如何简化、加快碳化硅设计流程并降低风险，以及如何在工业电机驱动系统中更轻松地实现 IE4 和 IE5 节能目标。

使用碳化硅设计工业电机驱动器，可简化、加快设计流程并降低风险，同时轻松达到 IE4 和 IE5 效率标准。

第 1 步：了解

Wolfspeed SpeedFit™ 设计仿真工具是一款基于 PLECS 的在线仿真工具，以其简单易用的界面，为评估碳化硅 MOSFET、二极管和功率模块提供了便捷高效的解决方案。

图 1: 用于热泵应用的 11 kW 电机驱动器所需的参数和 SpeedFit 仿真工具的输入

此外，为了满足设计人员在离线环境中进行更深入的系统或电路仿真的需求，还提供了所有器件的 PLECS 和 LTspice 模型。

第 2 步：评估

SpeedVal 套件还支持动态测试，包括双脉冲和短路测试。这些平台经过精心设计，具有经优化的测试点，可以确保高保真度的电流和电压读数。利用这些读数，设计人员能够精准地调整 dV/dt 这一在电机驱动器应用中至关重要的参数，从而确保电机驱动器与现有电机兼容，同时通过调整栅极电阻与栅极电容，调控开关行为。dV/dt 和栅极电阻得到优化后，共同对动力总成的设计产生了显著的增强作用，并简化了最后的开发阶段。

第 3 步：开发

在最后的开发阶段，设计人员运用从学习和评估中获得的知识，自信地构建出得到优化的碳化硅系统。参考设计对开发阶段的工作大有裨益，可提供经过验证的电源系统原理图和布局示例。这些设计适用于各种应用，可根据系统的功率水平进行扩展，并可根据成本要求进行调整。

25 kW FM3 三相逆变器参考设计提供了一个支持早期碳化硅设计阶段活动的综合设计包，使工程师能够通过一个简单的三相逆变器拓扑结构，开箱即可快速评估其性能。这款逆变器采用单个 Wolfspeed WolfPACK™ FM3 功率模块，峰值效率超过 99.5%，功率密度达到 5.7 kW/L。其配套的综合设计软件包提供可定制的固件、隔离 CAN 通信和图形用户界面，以及可调整的功率级，共同确保了在不同工作条件下都能实现最大的灵活性。

通过采用适当的支持工具，碳化硅的设计过程可以变得更加简便高效，从而降低了从硅技术过渡到碳化硅技术在工业电机驱动器领域中的技术门槛和难度。通过一个三阶段设计流程，工程师能够开发出具有颠覆意义的工业电机驱动系统，并达到领先的 IE4 和 IE5 效率标准。还有什么疑问吗？在 Wolfspeed 功率应用在线讨论平台上与碳化硅应用工程师直接联系，访问我们的知识库，或在社群论坛上提出技术问题，或通过私聊与我们联系。要开始采用 Wolfspeed 碳化硅的设计，敬请访问：https://www.wolfspeed.com/tools-and-support  。