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。

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意法半导体伺服驱动：机器人电机控制的“硬核”解决方案，从高压到低压全覆盖（上）文末有福利

✦ 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。

文末有福利~

低压伺服驱动解决方案：

单/双轴架构，赋能智能驱动场景

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ST低压伺服驱动解决方案基于其先进的电机控制技术，形成覆盖单轴与双轴两大架构的产品布局，并持续沿技术发展路径迭代升级，适配人形机器人，AGV，服务机器人和割草机等应用。

1、紧凑型双轴低压伺服驱动解决方案

紧凑型双轴低压伺服驱动解决方案，采用STSPIN32G4 + STDRIVE101的控制架构实现双轴电机控制。其中STSPIN32G4是意法半导体推出的一款高度集成的高性能三相电机控制器，它巧妙地将MCU、栅极驱动器和电源管理单元整合在单个芯片中，专为驱动三相无刷直流电机等而设计，旨在简化系统设计、降低物料成本并节省PCB空间，所以可以助力实现紧凑型的双轴低压伺服驱动解决方案。该解决方案采用堆叠设计，分为接口板和核心板：接口板集成CAN通讯和RS485通讯相关电路，集成增量式编码器、HALL传感器和SPI编码器接口，方便用户根据自己使用的通讯和电机编码器类型调整接口板，助力用户快速完成原型开发。该解决方案支持双路150W的额定功率，得益于ST的专利技术减小PCB尺寸和STSPIN32G4的强大集成功能，该解决方案尺寸仅4cm x 4.5cm，实现紧凑型设计，特别适合应用在一些对尺寸要求高的场所，尤其是人形机器人关节电机和灵巧手的应用。

创新专利与性能优化

该解决方案集成了ST独有的多电机共享电流采样网络专利技术与创新PCB布局设计。通过专利性的共享采样拓扑结构，实现了双电机系统共用一路电流检测网络，不仅显著节省传感器数量，更有效优化PCB布局空间与MCU引脚资源占用。其创新的功率器件交错布局方案，通过交错式布局优化使功率模块温度分布更加均衡，显著提升系统可靠性并实现精准的热保护管理。

在性能表现方面，该方案在16kHz PWM频率下可实现约3kHz的电流环控制带宽，展现优异的动态响应特性。当同时运行双路磁场定向控制时，MCU负载率仍能保持在60%以内的充裕余量，为复杂控制算法留有充足计算空间。这些特性使其特别适合对空间布局、热管理和实时性能有严苛要求的双电机驱动场景。

适配灵巧手与关节电机应用

针对人形机器人灵巧手对高自由度和紧凑结构的双重要求，电机控制方案需在有限空间内实现多关节协同驱动，并满足空心杯电机低电感特性所需的高频控制需求。ST的紧凑型双轴低压伺服驱动解决方案，精准匹配上述应用场景。

该方案采用分布式架构，通过CAN总线连接中央运动控制板与多个本地驱动模块，每个模块可独立控制两路空心杯电机。一方面，模块化的设计支持根据灵巧手关节数量灵活扩展电机驱动单元；另一方面，优化的电路结构与高频驱动能力保障了对低电感空心杯电机的精确控制。

图示架构中，中央运动控制板（Motion Control Board）作为指令枢纽，经由CAN总线将控制指令分发至各驱动节点。每个节点是搭载STSPIN32G4与STDRIVE101组合的双电机驱动单元，形成“控制‑驱动‑电机”三级协同体系。该结构在维持通信效率的同时，显著提高了布线灵活性与空间利用率，为高集成度灵巧手的实现提供了可行路径。

针对关节电机的应用，紧凑型双轴低压伺服驱动解决方案可以通过跳线电阻R4、R5、R6让电机切换在单轴控制应用和双轴控制应用上。跳线电阻R4、R5、R6，保持开路状态时，系统可以独立控制两台三相无刷电机，实现双轴FOC控制，当跳线电阻R4、R5、R6连接时，该方案就可以工作在单电机大电流的驱动模式，实现将两套三相逆变桥合并为一套，相当于增加了功率管的并联数量，提升通道的连续和峰值输出电流能力。通过跳线电阻的配置，可以将该解决方案更改为适合单个功率需求更大的应用场合，使得一个硬件平台能够适配双轴独立控制与大功率单轴驱动这两种截然不同的需求，降低用户的开发成本和周期。

2、 高功率密度单轴低压伺服驱动解决方案

ST的高功率密度单轴低压伺服驱动解决方案基于STSPIN32G4控制器，在其仅8cm × 5cm的紧凑板卡尺寸上，通过优化的热设计和布局，实现了带主动散热器时3kW和被动散热时2kW的强劲功率输出，在功率密度方面表现突出。

而硬件配置上，功率器件采用STL160N10F8 MOSFET并联方案以降低导通损耗，电流检测采用三电阻差分架构确保采样精度。系统针对48V工业总线电压优化，集成了完备的速度与位置检测接口，支持绝对编码器、增量编码器及霍尔传感器，并可配置为差分或单端模式，提供了高度的灵活性。

通信方面集成CAN总线接口，确保在工业噪声环境下的可靠通信。保护机制全面，具备过流、过压和过温保护，并特别集成了STO安全转矩关断功能和外部再生制动电阻管理电路，保障系统安全可靠运行。

该解决方案特别适用于对体积和性能有苛刻要求的应用场景，如工业机器人关节、服务机器人、自动化设备以及电动自行车等，为开发高可靠性、高性能的单轴低压伺服驱动提供了经过验证的完整解决方案。

3. 带EtherCAT接口的双轴低压伺服驱动解决方案

为满足工业自动化中对多轴同步控制的苛刻需求，ST推出了这款高度集成的带EtherCAT接口的双电机伺服驱动器的解决方案。该解决方案额定功率为2 x 1kW，额定工作电压48V，是一个完整的交钥匙解决方案。

其核心创新在于实现了单颗STSPIN32G4系统级芯片驱动两台三相永磁同步电机。通过搭配STDRIVE101栅极驱动器扩展驱动能力，并采用共享电流采样网络与针对不平衡负载优化的PCB布局，该解决方案在提升集成度的同时确保了双路控制的独立精度与稳定性。系统提供双路编码器接口，全面支持增量型与绝对型编码器，并可灵活配置为高性能EtherCAT或工业标准的CAN通信接口。

在软件层面，该解决方案提供了一个完整的工业电机控制固件栈，集成了电机控制软件开发套件、CiA 402驱动行规协议栈以及EtherCAT协议栈。此外，它还包含两项关键算法创新：一是改进的编码器校准技术，可在无需索引信号或霍尔传感器的条件下，通过微抖动方式实现高精度的磁极位置辨识；二是改进的实时调度器，确保了多任务时序的精确同步，从而保障了双电机控制的实时性与性能。

该解决方案集中展示了STSPIN32G4在计算能力、外设资源及系统架构灵活性方面的强大优势，为开发高性能、多轴同步的工业伺服系统（如工业机器人、高端自动化设备）提供了经过验证的先进平台。

创新共享EtherCAT

该解决方案创新性地采用共享EtherCAT网络架构，通过单一网络接口实现对两台伺服电机的同步控制。如图所示，其核心是在主控制器侧集成统一的EtherCAT从站控制器，使得双电机驱动系统仅需一个EtherCAT端口即可接入上层运动控制网络。

这种架构显著简化了多电机系统的布线复杂度。传统方案中每个电机驱动器需独立接入网络，而该方案将两台电机的通信链路整合，大幅减少了连接器数量与线缆长度，提升了系统的可靠性并降低了整体成本。更重要的是，共享网络为双电机提供了统一的时间同步机制，确保了两台电机在严格的同一时间基准下实现协同运动。

在硬件实现上，该方案通过紧凑的13cm × 13cm板卡集成了24颗MOSFET构成的驱动阵列、双路高精度电流检测模块及完善的刹车与保护电路。软件层面完整支持EtherCAT协议栈与CiA 402协议，具备即插即用的兼容性。

此方案特别适用于轮式移动底盘、人形机器人关节及AGV等对空间布局和运动同步性要求极高的场景，实现了在有限空间内的高性能多轴集成驱动。

完整工业固件与通信协议支持

该解决方案采用标准化的分层通信架构，实现了基于EtherCAT/CANopen现场总线的高性能双电机控制。并且集成了完整的工业电机控制固件栈（MCSDK+CiA 402+每个节点搭载EtherCAT），具备改进的任务调度功能，提升系统响应速度和控制精度。丰富的固件IP和工业标准功能，助力客户快速开发和部署高性能电机控制系统。

ST伺服驱动解决方案，

提升开发效率的“加速器”

ST伺服驱动解决方案提供了一套功能完整且经过工业验证的技术平台，其核心价值在于将标准化接口、可复用软件IP与全面的性能验证数据深度融合。ST伺服驱动解决方案提供全面的工业标准功能支持，涵盖差分编码器接口、多编码器接口、霍尔传感器及隔离数字输入输出等关键接口，并集成现场总线通信能力，确保与主流工业设备的即插即用兼容性，显著降低系统集成复杂度。在软件层面，解决方案提供丰富的可复用固件IP资源，包含经过优化的实时任务调度器、符合工业标准的设备配置文件以及先进的编码器对齐算法，大幅提升开发效率并保障系统性能的一致性。此外，ST提供完整的性能验证数据与说明文档，涵盖系统效率、电流环路带宽等关键指标，为设计提供可靠的数据支撑，帮助工程师快速完成方案评估与产品验证。

结语

意法半导体凭借其领先的MCU、功率器件及丰富的软件生态，构建了覆盖高压与低压、多轴与单轴、IGBT与SiC/GaN等多技术路线的伺服驱动与机器人电机控制解决方案。其高度模块化设计、安全功能完善、性能优异的产品组合，为工业自动化、机器人、家电及服务机器人等领域提供了强有力的技术支持和保障，助力客户实现智能制造与高效节能的目标。