工業(yè)、住宅及商業(yè)應(yīng)用機器人的創(chuàng)新電源方案

電源轉(zhuǎn)換器在每種電子應(yīng)用中扮演的角色越來越重要，機器人也不例外。目前，大多數(shù)電子產(chǎn)品對電源的電壓和電流需求都不同。當下，就需要一個能適應(yīng)輸出多種電壓電流規(guī)格的電源轉(zhuǎn)換器。

過去，功率轉(zhuǎn)換器主要使用基于分立器件的專用解決方案構(gòu)建。然而今天，設(shè)計人員更喜歡采用集成解決方案，通過單個 IC 執(zhí)行電源轉(zhuǎn)換器所需的所有任務(wù)。與基于分立器件的解決方案相比，集成解決方案可提供更高的可靠性、更好的熱管理、更小的體積以及更輕的重量。

功率密度推動移動機器人應(yīng)用發(fā)展

機器人技術(shù)就是一個例子，其中高功率密度電源轉(zhuǎn)換器是一個不可或缺的組件。機器人包含多個電源需求的部件，其中包括電機（無刷直流電機和步進電機類型）、伺服電機、處理單元（微控制器或微處理器）、各種類型的傳感器（加速計、陀螺儀、壓力、溫度以及濕度等傳感器）、用于遠程控制和監(jiān)控的無線接口（藍牙和 WiFi 等），以及其它傳感器和執(zhí)行器等，具體取決于不同的應(yīng)用。這些供電網(wǎng)絡(luò)可能很復(fù)雜。

最新微處理器等高度集成的可編程組件需要的電源電壓很低，而傳感器和通信外設(shè)的工作電壓則較高。涉及為電動機供電時，對電力的要求則會更高。因此不難發(fā)現(xiàn)，機器人應(yīng)用通常需要 4、5 個甚至更多的不同電源軌。

在小型電池供電機器人使用案例中，電源轉(zhuǎn)換器不僅能提供多個電源，而且還要具有高效率和低損耗的特點，以盡可能延長電池的使用時間。

OLogic 是機器人革命的催化劑

機器人領(lǐng)域的創(chuàng)新日新月異。這一速度主要取決于電子領(lǐng)域取得的發(fā)展以及各種開源軟件庫的使用，它們能夠高效實施復(fù)雜算法，如同步定位與地圖構(gòu)建 (SLAM) 。

在為工業(yè)、住宅及商業(yè)應(yīng)用設(shè)計機器人并將其推向市場做出極大貢獻的公司中，我們必須要提 OLogic。OLogic 是一家電子設(shè)計咨詢公司，總部位于加利福尼亞州圣克拉拉市，公司在協(xié)助客戶將機器人設(shè)計推向市場方面，擁有超過 18 年的豐富經(jīng)驗。他們擁有廣泛的機器人專業(yè)技術(shù)，可為電氣、機械、工業(yè)工程以及軟件和固件工程領(lǐng)域提供支持。

“我們?yōu)榭蛻魟?chuàng)建原型，” OLogic 公司首席執(zhí)行官 Ted Larson 表示，“我們有一個完整的團隊，能夠管理機器人設(shè)計各個方面?！边@涉及電力電子集成的知識，這是影響移動機器人機動性、功能性和電池使用壽命的一個重要設(shè)計因素。

Larson 透露，機器人產(chǎn)業(yè)通常把電子產(chǎn)品看作一個事后解決的問題。有些人認為，他們可以買到所有現(xiàn)成的硬件器件，然后將其組裝起來，也可以使用。但這可能很快就會變成一個不靠譜的計劃。

移動機器人有特殊的電源需求，需要一系列功率等級。傳感器、伺服電機、執(zhí)行器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信系統(tǒng)以及運行機器人的其它組件，都需要不同的電源和功率密度。其中一些組件耗電量很大，而另一些組件則可能只定期運行。這就需要從電池供電的電源具有快速、清潔、經(jīng)濟地提供電源的能力。

Dusty Robotics (Dusty) 是一家與 OLogic 密切合作優(yōu)化其機器人電源配置的客戶。Dusty 總部位于加州山景城，為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域制造機器人驅(qū)動的工具。

Dusty FieldPrinter是一款機器人工具，可直接在施工現(xiàn)場的地面上轉(zhuǎn)換建筑圖紙，還可通過精確的全尺寸地面布局縮短工期、降低返工成本。

Dusty Robotics 的創(chuàng)始人、首席技術(shù)官 Phil Herget 指出：“用 CAD 模型設(shè)計大樓，一切均為數(shù)字格式。如今，目前的流程是人們會采用這種數(shù)字模型，將其打印在紙上，然后帶到建筑工地上，在那里有人會在地面上手動轉(zhuǎn)換所有這一切。”

Dusty 制造了一種工具，一個機器人，它可將這些圖紙精確地打印在地面上，從而可將人工作業(yè)過程轉(zhuǎn)化為數(shù)字過程。

該產(chǎn)品非常精確，其誤差精度在 1/16 英寸以內(nèi)，即 1.5 毫米以內(nèi)。據(jù) Dusty 介紹，達到這種精度極具挑戰(zhàn)性，需要在機器人上進行大量的傳感器融合。此外，該系統(tǒng)還可從內(nèi)外部傳感器獲取數(shù)據(jù)。所有這些信息隨后會融合在一起，提供極高的定位精度，因此機器人知道它所處的位置以及任何給定的時間它所面對的方向。

電源管理是這款機器人的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。這是一個電池供電的系統(tǒng)，因此其需要提供盡可能長的電池壽命。Dusty 信息顯示，機器人內(nèi)部有許多不同的電源，大量不同的電壓均需從電池電壓高效轉(zhuǎn)出。除了傳感器之外，還有整個打印機制，需要針對所需的電壓進行供電。最后，機器人必須在施工現(xiàn)場工作，因此它需要能夠在機械和電子方面適應(yīng)各種不同的天氣條件。

Vicor 電源轉(zhuǎn)換器

OLogic 為這款移動機器人選擇了 Vicor 電源轉(zhuǎn)換器，更準確地說是 Vicor ZVS 降壓及升降壓穩(wěn)壓器系列。

作為 Vicor 公司的合作伙伴，OLogic 采用模塊化方法，為機器人構(gòu)建了供電網(wǎng)絡(luò) (PDN)。OLogic 公司意識到， Vicor 電源模塊在相同工作條件下，提供最佳的散熱及范圍效率。此外，Vicor 模塊，如 ZVS 降壓穩(wěn)壓器，還具有 97% 的額定效率，可提供 200 至 300W 的功率，因此極具成本效益。

根據(jù) OLogic 的介紹，所需的電源轉(zhuǎn)換器需要能夠根據(jù)電池的電壓狀態(tài)進行升降壓，這樣，無論充電狀態(tài)如何，也不管器件中的其它電源在做什么，它們都能在特定的電壓軌上提供恒定的功率。

Vicor 的 ZVS 降壓及升降壓開關(guān)穩(wěn)壓器為設(shè)計人員提供了高功率密度和靈活性的電源方案，以實現(xiàn)高效負載點 DC-DC 穩(wěn)壓。通過集成高性能零電壓開關(guān) (ZVS) 拓撲，它們不僅可提高負載點性能，而且還可帶來高達 98% 的電源效率。

“Vicor ZVS 降壓解決方案正在成為我們解決各種配電問題的首選方案，因為其不僅價格低，而且還很好用?！盠arson 道，“設(shè)計一款機器人是一件極為復(fù)雜的事情。電源可能非常棘手，所以我們幾乎會為所有的設(shè)計使用可靠的 Vicor 電源模塊?！?/p>

此外，據(jù) OLogic 介紹，ZVS 電源轉(zhuǎn)換器不存在任何散熱問題。它們具有高功率轉(zhuǎn)換效率，因此在進行高功率轉(zhuǎn)換時，產(chǎn)生的熱量極低。

OLogic 可優(yōu)化原型設(shè)計流程，幫助其客戶加速產(chǎn)品上市進程。今天，Dusty FieldPrinter 正蓄勢以待，為建筑行業(yè)實現(xiàn)巨變，這其中的部分原因是 OLogic 支持和設(shè)計電力電子系統(tǒng)方面的雄厚實力。

本文最初由 Power Elecronics News 發(fā)表

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審核編輯：湯梓紅