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48 V機器人的興起
2020-02-19 13:38:53
來源:
安森美半導體
工業機器人是第四次工業革命(即“工業4.0”)的重要元素,這些設備聯接到系統和遠程傳感器,構成了
物聯網
(IoT)的重要組成部分—工業
物聯網
(IIoT)。 據國際機器人聯盟(IFR)(www.ifr.org)的數據,2018年部署了近250萬臺工業機器人,且這個數字以每年超過40萬臺的速度增長。其中,工業,
汽車
和電氣/電子行業占總部署的一半以上,金屬和機械、塑料、化工和食品飲料也是重要用戶。 所有工業機器人中約有75%部署在中國、日本、美國、韓國和德國。
機器人的迅速普及不僅限于工業領域,到2018年為止已部署了25萬臺“專業服務”機器人。這是驚人的增長,年增率超過60%。五分之二已部署的服務機器人被歸類為自動導引車(AGV),主要用于物流和制造業。個人和家用機器人市場的增長速度相似(約為60%),目前包括約1,630萬臺機器人,用于吸塵、教育和研究等各種任務。
48 V和機器人
48V已在許多應用中流行起來,部分因為該電壓是通用的最高安全電壓。與主
電源
供電的設備相比,這可使設計人員減少系統保護,并減小導體的尺寸(與12V供電產品相比),從而減少重量、成本和功率損耗。直接由48V供電的電機通常也較小,在機器人應用中,這支持更小和更輕的接頭,從而提高機器能效、靈巧性和可靠性,同時減輕重量和成本。這進而為機器人應用開辟更多潛在的機會,以提高所有行業中流程的自動化。
48V在當今許多應用中非常流行,包括
汽車
。在許多車載設備中,48V受歡迎程度迅速超過12V,在云計算中,48V配電用于服務器背板、散熱風扇和其他電信相關應用。 這種普遍性意味著48V
電源
的設備和子系統是普遍可用的,這為設計人員增加了選擇范圍,并以規模經濟降低成本。
圖1:典型機器人的高級框圖(包括
電源
系統)
機器人是相當復雜的系統,根據應用和功能的不同,機器人將含許多功能元素,包括聯接、圖像感知、位置感測和電機控制。 還有許多不同的
電源
子系統,包括AC-DC轉換、電池管理、DC-DC轉換、多相轉換器、負載點(PoL)轉換、線性調節和電機驅動器。這每一個領域都需要高能效的方案,以使機器人能夠按照設計人員的預期進行工作。
如果我們看
汽車
或云計算系統的類似功能框圖,我們會發現與機器人框圖有很多相似之處。這為從其他應用到機器人的交叉
電源
方案帶來機會。例如,eFuse廣泛用于云計算,以支持存儲介質的熱交換和冷卻設備,如風扇。然而,在機器人應用中,同樣的eFuse可以用來引入模塊化,從而即使在操作過程中,機器人自身也能夠根據手頭的任務交換功能塊(如工具塊)。
為48V機器人應用提供
電源
方案
許多現代機器人應用都使用48V總線在系統周圍傳輸
電源
。其損耗是典型的12V總線的1/16,或者允許使用更細更輕的電纜。在固定機器人安裝中,48V將由市電
電源
產生,將包含功率因數校正(PFC)前端。無人機、護理助手等移動機器人將配備車載電池,定期從
電源
適配器充電。
很少有
半導體
能夠直接從48V開始工作,通常需要降至5V亞伏級水平。非隔離式PoL轉換器在此發揮重要作用,將較高的電壓轉換為IC所需的電平。在某些情況下,使用中間總線轉換器(IBC)來創建中間總線電壓(通常為12V),該轉換器與PoL轉換器松散調節,將12V轉換為IC供電電壓。單級轉換越趨成為首選,現在可以使用許多PoL轉換器直接將48V
電源
軌轉換為IC
電源
電壓。
如所有
電源
方案一樣,機器人應用的
電源
架構需要高效、可靠,并提供高功率密度,以使機器人足夠小巧、靈巧,從而很好地執行其功能。實現此目標的關鍵是選擇合適的
半導體
以在機器人內形成各種
電源
功能。
機器人
電源
應用的
半導體
方案
安森美
半導體
是擁有應用專知并投資以提供各種器件和
電源
產品的公司典范,使設計人員能夠為機器人應用設計高性能
電源
方案。
幾乎所有
電源
方案中最常用的器件之一是MOSFET。安森美
半導體
的廣泛產品范圍包括具有多種版本的“超級結”MOSFET,可用于不同的開關類型和應用。FAST器件在硬開關拓撲結構中提供高能效,而易驅動器件既適用于硬開關應用,又適用于軟開關應用,可確保低電磁干擾(EMI)和降低電壓尖峰。
與MOSFET產品配套的是各種高壓門極驅動器,支持微控制器或其他邏輯電路直接控制MOSFET。根據電路結構,可以使用簡單的非隔離驅動器(例如安森美
半導體
的NCD570x系列),或者可能需要更精密的隔離方案或高邊和低邊驅動器。
高度集成的方案如智能功率模塊(IPM)和
汽車
電源
模塊(APM),帶來了許多好處。通常,它們將集成多個MOSFET用于與必要的驅動器一起進行多相電機驅動。這些模塊比分立方案提供更好的熱性能,因為所有器件都貼裝在同一基板上。它們還能夠處理更高的電流水平,同時改善EMI,并提供比分立方案更小更輕的方案。
除這些方案外,安森美
半導體
還為機器人
電源
應用提供完整的產品組合,包括eFuse、PFC IC、整流器、電流檢測器和開關,用于提供輔助
電源
軌。配以安森美
半導體
業界最低功耗的藍牙模塊,用于通訊,以及各種圖像傳感器實現先進機器視覺。
關鍵詞:
機器人
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