工业机器人是第四次工业革命(即“工业4.0”)的重要元素,这些设备联接到体系和长途传感器,构成了物联网(IoT)的重要组成部分—工业物联网(IIoT)。 据世界机器人联盟(IFR)的数据,2018年布置了近250万台工业机器人,且这个数字以每年超越40万台的速度增加。其间,工业,轿车和电气/电子职业占总布置的一半以上,金属和机械、塑料、化工和食品饮料也是重要用户。 一切工业机器人中约有75%布置在我国、日本、美国、韩国和德国。
机器人的敏捷遍及不只限于工业范畴,到2018年停止已布置了25万台“专业服务”机器人。这是惊人的增加,年增率超越60%。五分之二已布置的服务机器人被归类为主动扶引车(AGV),首要用于物流和制造业。个人和家用机器人商场的增加速度相似(约为60%),现在包含约1,630万台机器人,用于吸尘、教育和研讨等各种使命。
48 V和机器人
48V已在许多运用中盛行起来,部分由于该电压是通用的最高安全电压。与主电源供电的设备比较,这可使规划人员削减体系维护,并减小导体的尺度(与12V供电产品比较),然后削减分量、本钱和功率损耗。直接由48V供电的电机一般也较小,在机器人运用中,这支撑更小和更轻的接头,然后进步机器能效、灵活性和牢靠性,一同减轻分量和本钱。这进而为机器人运用拓荒更多潜在的时机,以进步一切职业中流程的主动化。
48V在当今许多运用中十分盛行,包含轿车。在许多车载设备中,48V受欢迎程度敏捷超越12V,在云核算中,48V配电用于服务器背板、散热电扇和其他电信相关运用。 这种遍及性意味着48V电源的设备和子体系是遍及可用的,这为规划人员增加了挑选规模,并以规模经济下降本钱。
图1:典型机器人的高档框图(包含电源体系)
机器人是适当杂乱的体系,依据运用和功用的不同,机器人将含许多功用元素,包含联接、图画感知、方位感测和电机操控。 还有许多不同的电源子体系,包含AC-DC转化、电池办理、DC-DC转化、多相转化器、负载点(PoL)转化、线性调理和电机驱动器。这每一个范畴都需求高能效的计划,以使机器人可以依照规划人员的预期进行作业。
假如咱们看轿车或云核算体系的相似功用框图,咱们会发现与机器人框图有许多相似之处。这为从其他运用到机器人的穿插电源计划带来时机。例如,eFuse广泛用于云核算,以支撑存储介质的热交流和冷却设备,如电扇。但是,在机器人运用中,相同的eFuse可以用来引进模块化,然后即便在操作过程中,机器人本身也可以依据手头的使命交流功用块(如东西块)。
为48V机器人运用供给电源计划
许多现代机器人运用都运用48V总线在体系周围传输电源。其损耗是典型的12V总线的1/16,或许答应运用更细更轻的电缆。在固定机器人装置中,48V将由市电电源发生,将包含功率因数校对(PFC)前端。无人机、护理帮手等移动机器人将装备车载电池,定时从电源适配器充电。
很少有半导体可以直接从48V开端作业,一般需求降至5V亚伏级水平。非阻隔式PoL转化器在此发挥重要作用,将较高的电压转化为IC所需的电平。在某些情况下,运用中心总线转化器(IBC)来创立中心总线电压(一般为12V),该转化器与PoL转化器松懈调理,将12V转化为IC供电电压。单级转化越趋成为首选,现在可以运用许多PoL转化器直接将48V电源轨转化为IC电源电压。
如一切电源计划相同,机器人运用的电源架构需求高效、牢靠,并供给高功率密度,以使机器人满足细巧、灵活,然后很好地履行其功用。完成此方针的关键是挑选适宜的半导体以在机器人内构成各种电源功用。
机器人电源运用的半导体计划
安森美半导体是具有运用专知并出资以供给各种器材和电源产品的公司模范,使规划人员可以为机器人运用规划高功能电源计划。
简直一切电源计划中最常用的器材之一是MOSFET。安森美半导体的广泛产品规模包含具有多种版别的“超级结”MOSFET,可用于不同的开关类型和运用。FAST器材在硬开关拓扑结构中供给高能效,而易驱动器材既适用于硬开关运用,又适用于软开关运用,可保证低电磁搅扰(EMI)和下降电压尖峰。
与MOSFET产品配套的是各种高压门极驱动器,支撑微操控器或其他逻辑电路直接操控MOSFET。依据电路结构,可以运用简略的非阻隔驱动器(例如安森美半导体的NCD570x系列),或许或许需求更精细的阻隔计划或高边和低边驱动器。
高度集成的计划如智能功率模块(IPM)和轿车电源模块(APM),带来了许多优点。一般,它们将集成多个MOSFET用于与必要的驱动器一同进行多相电机驱动。这些模块比分立计划供给更好的热功能,由于一切器材都贴装在同一基板上。它们还可以处理更高的电流水平,一同改进EMI,并供给比分立计划更小更轻的计划。
除这些计划外,安森美半导体还为机器人电源运用供给完好的产品组合,包含eFuse、PFC IC、整流器、电流检测器和开关,用于供给辅佐电源轨。配以安森美半导体业界最低功耗的蓝牙模块,用于通讯,以及各种图画传感器完成先进机器视觉。