EEPW论坛

工业4.0 – 机器人和新兴48 V

工业机器人是“工业4.0”的重要元素。据《机器人商业评论》，国际机器人联盟称2018年服务机器人行业销售额增长了32％，达到92亿美元。该行业包括专业和家用机器人，例如自动导引车（AGV）、维护机器人和机器人家电（真空吸尘器、草坪设备等）。

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、化工和食品饮料也占很大比例。亚洲仍然是全球最大的工业机器人市场，但在消费方面，北美占全球消费机器人市场的40％，据估计，从2018年至2020年，复合年增长率(CAGR)为16％。

由于48V电源总线已普遍用于各种应用中，因其是通用的最高安全电压。工程师可减少系统保护，从而减少重量、成本和损耗。在机器人应用中，由48V供电的电机通常也更小，这支持更小、更轻的接合，从而提高机器能效、灵巧性和可靠性，同时减少重量和成本。这创造了更多使用机器人的潜在机会，以提高所有行业的流程自动化。

机器人设计含许多功能元素，包括联接、图像感知、电源转换和电机控制，具体取决于应用。还有许多不同的电源子系统，例如AC - DC转换、DC - DC转换、电池管理、多相转换器、负载点（PoL）转换、线性调节和电机驱动器。

许多现代机器人应用都使用48 V总线在系统周围传输电源，是典型的12 V总线损耗的1/16，或支持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，将采用功率因数校正（PFC）前端。

通常，感知、成像和计算功能需要降5V电压至亚伏级。非隔离型PoL转换器发挥重要作用，把较高的48V电源轨转换为IC所需电压。在某些情况下，中间总线电压（通常为12V）是用松散调节的中间总线转换器（IBC）生成，而PoL会将12V转换为IC的电源电压。单级转换越趋流行，且现在有许多PoL转换器可直接从48V电源轨转换为IC电源电压。

机器人应用的电源架构必须高效可靠，并提供高功率密度水平，使机器人可以足够小巧快速，以很好地执行其功能。选择合适的半导体是构成机器人内各种电源功能的关键。

安森美半导体拥有专知并投资以提供广泛的器件和电源产品，使设计人员能够为机器人应用设计高性能电源方案。提供领先行业的产品，以推动机器人的最新技术趋势。作为全球第二大MOSFET供应商，安森美半导体在中压市场上居于领先地位，提供30 V至150 V的最低导通电阻RDS（on）。其产品范围包括 “超级结”（SJ）MOSFET，多个不同版本针对不同开关类型和应用进行了优化。 “ FAST”器件在硬开关拓扑结构中提供高能效，而“ Easy Drive”器件确保低EMI和降低电压尖峰，硬开关和软开关应用都适用。此外，还提供各种高压门极驱动器，使微控制器或其他逻辑电路能直接控制MOSFET。根据电路结构，简单的隔离驱动器如NCD570x系列可能更合适。

高度集成的方案如智能功率模块（IPM）可以带来许多好处。通常，它们集成多个IGBT或MOSFET用于三相电机驱动。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，同时降低电磁干扰(EMI)，而且比分立方案更小更轻。

除这些方案外，安森美半导体还提供全面的产品阵容用于机器人电源应用，包括电子熔丝(eFuse)、PFC IC、整流器、电流检测器和提供辅助电源轨的开关器件。电流检测运算放大器采用安森美的零漂移技术，提供一种具成本优势的方案，在不断升高的环境温度下保持精确读数的反馈。高电源抑制比(PSRR) 低压降稳压器(LDO)系列可滤除电源中的噪声，以保持信号完整性，从而确保好的电机功能。此外，EEPROM可靠性和强固性极高，非常适合工业应用。