28.02.2021

Расцвет 48-вольных роботов

Промышленные роботы являются важным элементом четвертой промышленной революции, и по мере того, как эти устройства подключаются к системам и удаленным датчикам, они образуют значительную часть Интернета вещей: промышленный IoT (IIoT).

По данным Международной федерации робототехники или IFR (www.ifr.org), в 2018 году было развернуто почти 2,5 миллиона промышленных роботов, и это число ежегодно увеличивается более чем на 400 000 единиц. Промышленный, автомобильный и электрический / электронный секторы составляют более половины от общего числа развертываний, причем значительными пользователями также являются металлургия и машиностроение, пластмасса и химическая промышленность, пищевая промышленность и напитки. Примерно 75% всех промышленных роботов развернуто в Китае, Японии, США, Южной Корее и Германии.

Быстрое внедрение роботов не ограничивается промышленным сектором ; К 2018 году было развернуто 250 000 профессиональных сервисных роботов, что представляет собой ошеломляющее увеличение более чем на 60% по сравнению с предыдущим годом. Два из каждых пяти развернутых сервисных роботов классифицируются как автономные управляемые транспортные средства (AGV), используемые в основном в логистике и производстве. Рынок персональных и домашних роботов вырос примерно так же (60%) и в настоящее время составляет около 16,3 миллиона единиц, используемых для различных задач, от уборки пылесосом до образования и исследований.

48 В и робототехника

Разработчики применяют источники питания 48 В для ряда приложений, отчасти потому, что 48 В является самым высоким безопасным напряжением при обычном использовании. Решения на основе 48 В уменьшают потребность в защите системы по сравнению с устройствами с питанием от сети и уменьшают размер проводов по сравнению с продуктами с питанием от 12 В, тем самым снижая вес и стоимость системы, а также потери мощности. Двигатели, которые питаются напрямую от 48 В, также, как правило, меньше по размеру, что позволяет использовать меньшие и более легкие роботизированные соединения и тем самым повышать эффективность, маневренность и надежность машины при одновременном снижении веса и стоимости. Это открывает больше потенциальных возможностей для использования роботов для улучшения автоматизации процессов во всех отраслях промышленности.

Современные приложения, в которых питание 48 В становится все более популярным, включают автомобилестроение, где оно становится все более предпочтительным, чем 12 В для многих бортовых устройств, и облачные вычисления, где распределение питания 48 В используется для серверных объединительных плат, охлаждающих вентиляторов и другие приложения, связанные с телекоммуникациями. Такое преобладание означает, что устройства и подсистемы для питания 48 В являются общедоступными, что увеличивает диапазон опций, доступных разработчикам, и снижает затраты за счет экономии на масштабе.

Роботы — довольно сложные системы. В зависимости от приложения и функциональности они будут включать ряд функциональных элементов, включая возможность подключения, распознавание изображения, определение положения и управление двигателем. Также необходимо учитывать подсистемы питания, включая преобразование переменного тока в постоянный, управление батареями, преобразование постоянного тока в постоянный, многофазные преобразователи, преобразование точки нагрузки (PoL), линейное регулирование и драйверы двигателей. Каждая из этих областей требует эффективного решения, чтобы робот работал так, как задумал конструктор.

Если бы мы посмотрели на похожие функциональные блок-схемы для автомобильных или облачных вычислительных систем, мы бы обнаружили значительное количество сходств с блок-схемой робота. Это дает возможность перекрестного опыления энергетических решений из других приложений в робототехнику. Например, электронные плавкие предохранители широко используются в облачных вычислениях, чтобы обеспечить возможность горячей замены носителей информации и охлаждающих устройств, таких как вентиляторы. Однако в приложении для робототехники те же электронные предохранители могут использоваться для введения модульности, что позволяет самому роботу заменять функциональные блоки (например, части инструментов) — даже в середине операции, в зависимости от задачи на рука.

Решения по питанию для робототехники на 48 В

Многие современные приложения робототехники используют шину 48 В для передачи энергии по системе. По сравнению с обычной шиной 12 В, 48 В обеспечивает 1/16 потерь или позволяет использовать более тонкие и легкие кабели. В стационарных роботизированных установках 48 В будет генерироваться источником питания от сети, который будет включать в себя внешний интерфейс с коррекцией коэффициента мощности (PFC). Мобильные роботы, такие как дроны и помощники по уходу, будут иметь бортовую батарею, которая периодически пополняется от сетевого адаптера.

Немногие полупроводники могут работать напрямую от 48 В, обычно требуя напряжения от 5 В до уровня ниже напряжения. Неизолированный преобразователь PoL играет здесь важную роль, преобразуя более высокое напряжение до уровня, необходимого для ИС. В некоторых случаях напряжение промежуточной шины (обычно 12 В) может создаваться с помощью преобразователя промежуточной шины (IBC), который слабо регулируется преобразователем PoL, преобразующим 12 В в напряжение питания IC. Все чаще предпочтение отдается одноступенчатому преобразованию, и теперь доступно множество преобразователей PoL, которые могут преобразовывать непосредственно с шины 48 В в напряжение питания ИС.

Как и в случае любого энергетического решения, энергетическая архитектура для приложения робототехники должна быть эффективной и надежной, а также обеспечивать высокий уровень удельной мощности, чтобы робот мог быть небольшим и достаточно маневренным, чтобы хорошо выполнять свои функции. Ключом к достижению этого является выбор правильных полупроводников для формирования различных силовых функций внутри робота.

Полупроводниковые решения для энергетических роботов

ON Semiconductor применила свой опыт и ресурсы, чтобы предложить широкий спектр устройств и продуктов питания, которые позволяют разработчикам создавать высокопроизводительные решения в области питания для приложений робототехники.

Одним из наиболее распространенных устройств, используемых почти во всех решениях по питанию, является MOSFET. Обширный ассортимент ON Semiconductor включает полевые МОП-транзисторы с суперпереходом в нескольких версиях для различных типов коммутации и приложений. Устройства FAST компании предлагают высокую эффективность в топологиях с жестким переключением, а устройства Easy Drive подходят как для приложений с жестким, так и с мягким переключением, где они обеспечивают низкий уровень электромагнитных помех (EMI) и снижение скачков напряжения.

Предложение MOSFET дополняется широким спектром высоковольтных драйверов затвора, которые позволяют микроконтроллеру или другой логической схеме напрямую управлять MOSFET. В зависимости от конфигурации схемы может использоваться простой неизолированный драйвер (например, серия ON Semiconductor NCD570x), или может потребоваться более сложное изолированное решение или драйверы высокого и низкого уровня.

Высокоинтегрированные решения, такие как интеллектуальные силовые модули и автомобильные силовые модули, имеют ряд преимуществ. Как правило, они объединяют несколько полевых МОП-транзисторов для управления многофазным двигателем вместе с необходимыми драйверами. Эти модули обладают лучшими тепловыми характеристиками, чем дискретные решения, потому что все устройства установлены на одной подложке. Они также могут работать с более высокими уровнями тока, улучшая при этом электромагнитные помехи и обеспечивая решение, которое меньше и легче, чем дискретные аналоги.

Наряду с этими решениями ON Semiconductor предлагает полный портфель приложений для робототехники, включая электронные предохранители, ИС PFC, выпрямители, датчики тока и переключающие устройства для обеспечения вспомогательных шин питания. Это портфолио дополняется модулем Bluetooth с самым низким энергопотреблением в отрасли для связи и широким спектром датчиков изображения для расширенного машинного зрения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять