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

過(guò)去，功率轉(zhuǎn)換器主要使用基于分立器件的專(zhuān)用解決方案構(gòu)建。然而今天，設(shè)計(jì)人員更喜歡采用集成解決方案，通過(guò)單個(gè) 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(dòng)移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用發(fā)展

機(jī)器人技術(shù)就是一個(gè)例子，其中高功率密度電源轉(zhuǎn)換器是一個(gè)不可或缺的組件。機(jī)器人包含多個(gè)電源需求的部件，其中包括電機(jī)（無(wú)刷直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)類(lèi)型）、伺服電機(jī)、處理單元（微控制器或微處理器）、各種類(lèi)型的傳感器（加速計(jì)、陀螺儀、壓力、溫度以及濕度等傳感器）、用于遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控的無(wú)線(xiàn)接口（藍(lán)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(dòng)機(jī)供電時(shí)，對(duì)電力的要求則會(huì)更高。因此不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人應(yīng)用通常需要 4、5 個(gè)甚至更多的不同電源軌。

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

OLogic 是機(jī)器人革命的催化劑

機(jī)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(kāi)源軟件庫(kù)的使用，它們能夠高效實(shí)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(jì)機(jī)器人并將其推向市場(chǎng)做出極大貢獻(xiàn)的公司中，我們必須要提 OLogic。OLogic 是一家電子設(shè)計(jì)咨詢(xún)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(hù)將機(jī)器人設(shè)計(jì)推向市場(chǎng)方面，擁有超過(guò) 18 年的豐富經(jīng)驗(yàn)。他們擁有廣泛的機(jī)器人專(zhuān)業(yè)技術(shù)，可為電氣、機(jī)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?hù)創(chuàng)建原型，” OLogic 公司首席執(zhí)行官 Ted Larson 表示，“我們有一個(gè)完整的團(tuán)隊(duì)，能夠管理機(jī)器人設(shè)計(jì)各個(gè)方面。”這涉及電力電子集成的知識(shí)，這是影響移動(dòng)機(jī)器人機(jī)動(dòng)性、功能性和電池使用壽命的一個(gè)重要設(shè)計(jì)因素。

Larson 透露，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)通常把電子產(chǎn)品看作一個(gè)事后解決的問(wèn)題。有些人認(rèn)為，他們可以買(mǎi)到所有現(xiàn)成的硬件器件，然后將其組裝起來(lái)，也可以使用。但這可能很快就會(huì)變成一個(gè)不靠譜的計(jì)劃。

移動(dòng)機(jī)器人有特殊的電源需求，需要一系列功率等級(jí)。傳感器、伺服電機(jī)、執(zhí)行器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信系統(tǒng)以及運(yùn)行機(jī)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(yùn)行。這就需要從電池供電的電源具有快速、清潔、經(jīng)濟(jì)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(jī)器人電源配置的客戶(hù)。Dusty 總部位于加州山景城，為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域制造機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的工具。

Dusty FieldPrinter是一款機(jī)器人工具，可直接在施工現(xiàn)場(chǎng)的地面上轉(zhuǎn)換建筑圖紙，還可通過(guò)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(jì)大樓，一切均為數(shù)字格式。如今，目前的流程是人們會(huì)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(huì)在地面上手動(dòng)轉(zhuǎn)換所有這一切。”

Dusty 制造了一種工具，一個(gè)機(jī)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(guò)程轉(zhuǎn)化為數(shù)字過(guò)程。

該產(chǎn)品非常精確，其誤差精度在 1/16 英寸以?xún)?nèi)，即 1.5 毫米以?xún)?nèi)。據(jù) Dusty 介紹，達(dá)到這種精度極具挑戰(zhàn)性，需要在機(jī)器人上進(jìn)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(huì)融合在一起，提供極高的定位精度，因此機(jī)器人知道它所處的位置以及任何給定的時(shí)間它所面對(duì)的方向。

電源管理是這款機(jī)器人的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。這是一個(gè)電池供電的系統(tǒng)，因此其需要提供盡可能長(zhǎng)的電池壽命。Dusty 信息顯示，機(jī)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(gè)打印機(jī)制，需要針對(duì)所需的電壓進(jìn)行供電。最后，機(jī)器人必須在施工現(xiàn)場(chǎng)工作，因此它需要能夠在機(jī)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(dòng)機(jī)器人選擇了 Vicor 電源轉(zhuǎn)換器，更準(zhǔn)確地說(shuō)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(jī)器人構(gòu)建了供電網(wǎng)絡(luò) (PDN)。OLogic 公司意識(shí)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(jìn)行升降壓，這樣，無(wú)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器為設(shè)計(jì)人員提供了高功率密度和靈活性的電源方案，以實(shí)現(xiàn)高效負(fù)載點(diǎn) DC-DC 穩(wěn)壓。通過(guò)集成高性能零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS) 拓?fù)洌鼈儾粌H可提高負(fù)載點(diǎn)性能，而且還可帶來(lái)高達(dá) 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(wèn)題的首選方案，因?yàn)槠洳粌H價(jià)格低，而且還很好用。”Larson 道，“設(shè)計(jì)一款機(jī)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(huì)為所有的設(shè)計(jì)使用可靠的 Vicor 電源模塊。”

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

OLogic 可優(yōu)化原型設(shè)計(jì)流程，幫助其客戶(hù)加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。今天，Dusty FieldPrinter 正蓄勢(shì)以待，為建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)巨變，這其中的部分原因是 OLogic 支持和設(shè)計(jì)電力電子系統(tǒng)方面的雄厚實(shí)力。

本文最初由 Power Elecronics News 發(fā)表

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審核編輯：湯梓紅