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内容
48 V机器人的兴起
2020-02-19 13:38:53
来源:
安森美半导体
工业机器人是第四次工业革命(即“工业4.0”)的重要元素,这些设备联接到系统和远程传感器,构成了
物联网
(IoT)的重要组成部分—工业
物联网
(IIoT)。 据国际机器人联盟(IFR)(www.ifr.org)的数据,2018年部署了近250万台工业机器人,且这个数字以每年超过40万台的速度增长。其中,工业,
汽车
和电气/电子行业占总部署的一半以上,金属和机械、塑料、化工和食品饮料也是重要用户。 所有工业机器人中约有75%部署在中国、日本、美国、韩国和德国。
机器人的迅速普及不仅限于工业领域,到2018年为止已部署了25万台“专业服务”机器人。这是惊人的增长,年增率超过60%。五分之二已部署的服务机器人被归类为自动导引车(AGV),主要用于物流和制造业。个人和家用机器人市场的增长速度相似(约为60%),目前包括约1,630万台机器人,用于吸尘、教育和研究等各种任务。
48 V和机器人
48V已在许多应用中流行起来,部分因为该电压是通用的最高安全电压。与主
电源
供电的设备相比,这可使设计人员减少系统保护,并减小导体的尺寸(与12V供电产品相比),从而减少重量、成本和功率损耗。直接由48V供电的电机通常也较小,在机器人应用中,这支持更小和更轻的接头,从而提高机器能效、灵巧性和可靠性,同时减轻重量和成本。这进而为机器人应用开辟更多潜在的机会,以提高所有行业中流程的自动化。
48V在当今许多应用中非常流行,包括
汽车
。在许多车载设备中,48V受欢迎程度迅速超过12V,在云计算中,48V配电用于服务器背板、散热风扇和其他电信相关应用。 这种普遍性意味着48V
电源
的设备和子系统是普遍可用的,这为设计人员增加了选择范围,并以规模经济降低成本。
图1:典型机器人的高级框图(包括
电源
系统)
机器人是相当复杂的系统,根据应用和功能的不同,机器人将含许多功能元素,包括联接、图像感知、位置感测和电机控制。 还有许多不同的
电源
子系统,包括AC-DC转换、电池管理、DC-DC转换、多相转换器、负载点(PoL)转换、线性调节和电机驱动器。这每一个领域都需要高能效的方案,以使机器人能够按照设计人员的预期进行工作。
如果我们看
汽车
或云计算系统的类似功能框图,我们会发现与机器人框图有很多相似之处。这为从其他应用到机器人的交叉
电源
方案带来机会。例如,eFuse广泛用于云计算,以支持存储介质的热交换和冷却设备,如风扇。然而,在机器人应用中,同样的eFuse可以用来引入模块化,从而即使在操作过程中,机器人自身也能够根据手头的任务交换功能块(如工具块)。
为48V机器人应用提供
电源
方案
许多现代机器人应用都使用48V总线在系统周围传输
电源
。其损耗是典型的12V总线的1/16,或者允许使用更细更轻的电缆。在固定机器人安装中,48V将由市电
电源
产生,将包含功率因数校正(PFC)前端。无人机、护理助手等移动机器人将配备车载电池,定期从
电源
适配器充电。
很少有
半导体
能够直接从48V开始工作,通常需要降至5V亚伏级水平。非隔离式PoL转换器在此发挥重要作用,将较高的电压转换为IC所需的电平。在某些情况下,使用中间总线转换器(IBC)来创建中间总线电压(通常为12V),该转换器与PoL转换器松散调节,将12V转换为IC供电电压。单级转换越趋成为首选,现在可以使用许多PoL转换器直接将48V
电源
轨转换为IC
电源
电压。
如所有
电源
方案一样,机器人应用的
电源
架构需要高效、可靠,并提供高功率密度,以使机器人足够小巧、灵巧,从而很好地执行其功能。实现此目标的关键是选择合适的
半导体
以在机器人内形成各种
电源
功能。
机器人
电源
应用的
半导体
方案
安森美
半导体
是拥有应用专知并投资以提供各种器件和
电源
产品的公司典范,使设计人员能够为机器人应用设计高性能
电源
方案。
几乎所有
电源
方案中最常用的器件之一是MOSFET。安森美
半导体
的广泛产品范围包括具有多种版本的“超级结”MOSFET,可用于不同的开关类型和应用。FAST器件在硬开关拓扑结构中提供高能效,而易驱动器件既适用于硬开关应用,又适用于软开关应用,可确保低电磁干扰(EMI)和降低电压尖峰。
与MOSFET产品配套的是各种高压门极驱动器,支持微控制器或其他逻辑电路直接控制MOSFET。根据电路结构,可以使用简单的非隔离驱动器(例如安森美
半导体
的NCD570x系列),或者可能需要更精密的隔离方案或高边和低边驱动器。
高度集成的方案如智能功率模块(IPM)和
汽车
电源
模块(APM),带来了许多好处。通常,它们将集成多个MOSFET用于与必要的驱动器一起进行多相电机驱动。这些模块比分立方案提供更好的热性能,因为所有器件都贴装在同一基板上。它们还能够处理更高的电流水平,同时改善EMI,并提供比分立方案更小更轻的方案。
除这些方案外,安森美
半导体
还为机器人
电源
应用提供完整的产品组合,包括eFuse、PFC IC、整流器、电流检测器和开关,用于提供辅助
电源
轨。配以安森美
半导体
业界最低功耗的蓝牙模块,用于通讯,以及各种图像传感器实现先进机器视觉。
关键词:
机器人
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