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電源與電機(jī)控制方案如何更好應(yīng)用于自主移動(dòng)機(jī)器人?

安森美 ? 來(lái)源:未知 ? 2023-09-05 19:10 ? 次閱讀

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自主移動(dòng)機(jī)器人 (AMR) 為不同領(lǐng)域和行業(yè)帶來(lái)了諸多優(yōu)勢(shì),包括提高了安全性和效率。然而,為了能夠安全、獨(dú)立地工作,這些復(fù)雜的系統(tǒng)需要精心集成多項(xiàng)技術(shù)。在開發(fā) AMR 時(shí),設(shè)計(jì)階段在很大程度上決定了 AMR 成功與否,因此至關(guān)重要。本博客詳細(xì)討論了 AMR 的兩個(gè)重要組件——電源運(yùn)動(dòng)控制的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng),以及安森美(onsemi)提供的相應(yīng)解決方案。

圖 1:安森美自主移動(dòng)機(jī)器人演示
為 AMR 供電

自主移動(dòng)機(jī)器人中使用的電源系統(tǒng)和電源組件會(huì)對(duì)其總電池壽命和工作時(shí)長(zhǎng)產(chǎn)生重大影響。為 AMR 設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí)要考慮的重要性能特征和參數(shù)包括:

  • 能量密度

  • 電壓和電流要求

  • 效率

  • 方案尺寸


AMR 通常使用鋰離子電池,因?yàn)榇祟愲姵氐哪芰棵芏雀撸褂脮r(shí)間長(zhǎng)。同時(shí),電源管理單元可調(diào)節(jié)從電池到其他組件的功率流。電壓和電流水平通過(guò)開關(guān)轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器進(jìn)行控制。AMR 中的電池管理系統(tǒng)可監(jiān)控電池的狀態(tài)、電量、溫度和電流,以確保 AMR 安全高效地運(yùn)行,而車載電池充電器的規(guī)格取決于電池類型、容量和電壓。智能電源模塊電機(jī)控制系統(tǒng)提供高功率開關(guān)。IPM 中的功率開關(guān)配有柵極驅(qū)動(dòng)器,用于提供相應(yīng)的信號(hào)來(lái)打開和關(guān)閉開關(guān)。功率因數(shù)校正 (PFC) 控制器可提升電源系統(tǒng)的總效率。安森美的 PFC 控制器非常適合 AC-DC 電源應(yīng)用,比如圖騰柱無(wú)橋 PFC 前端或基于 LLC 諧振拓?fù)涞?DC-DC 級(jí)。它們還適用于高電壓 DC-DC 功率級(jí),可在 AMR 中實(shí)現(xiàn)高效率和高密度快速電池充電器設(shè)計(jì)。

圖 2:AMR 電源解決方案
AMR 執(zhí)行器的電機(jī)設(shè)計(jì)

在 AMR 中,電機(jī)驅(qū)動(dòng)型執(zhí)行器用于移動(dòng)機(jī)器手臂和輪子,因此其選擇至關(guān)重要。AMR 需要采用效率高且緊湊輕便的高扭矩和高速執(zhí)行器。選擇執(zhí)行器時(shí),需要對(duì)無(wú)刷直流 (BLDC) 電機(jī)電機(jī)控制器MOSFET通用控制器板 (UCB) 柵極驅(qū)動(dòng)器等組件進(jìn)行評(píng)估。


與有刷電機(jī)相比,BLDC 電機(jī)具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)。其效率高、噪聲低且高度可靠,可以減少維護(hù)工作,因此被應(yīng)用于 AMR 中。然而,控制此類電機(jī)需要復(fù)雜的算法和適當(dāng)?shù)?a target="_blank">驅(qū)動(dòng)器。三相 BLDC 電機(jī)廣泛用于機(jī)器人和工業(yè)驅(qū)動(dòng)器。

圖 3:AMR BLDC 電機(jī)控制解決方案

電機(jī)控制器的功能是精確控制 AMR 執(zhí)行器中的電機(jī)。這些器件可完全集成(通過(guò)嵌入式控制算法),或者可使用運(yùn)行電機(jī)控制算法的專用微控制器單元 (MCU)。(AMR 中常見的)三相電機(jī)由功率晶體管使用脈寬調(diào)制 (PWM) 開-關(guān)信號(hào)驅(qū)動(dòng),這些開關(guān)可由硅或?qū)捊麕Р牧现瞥桑热缣蓟?(SiC) 或氮化鎵 (GaN)。安森美提供多個(gè) BLDC 電機(jī)控制解決方案,包括 ECS640A ecoSpin 電機(jī)控制器 UCBNCP81075 柵極驅(qū)動(dòng)器,以及可用于加速 AMR 執(zhí)行器開發(fā)的電源板。


UCB 是基于 Xilinx Zynq-7000 SoC 的系統(tǒng)級(jí)模塊 (SoM),非常適合精密應(yīng)用,也可用于先進(jìn)的人工智能 (AI) 。此外,安森美提供基于屏蔽柵極溝槽技術(shù)的 MOSFET(30V 至 150V),并提供 u8FL、SO8-FL、雙面冷卻和頂部冷卻等封裝選項(xiàng)。基于 T10 技術(shù)的全新 30-40V 和 80V MOSFET 支持低壓與中壓應(yīng)用。T10 器件分為兩大類別,分別用于電源轉(zhuǎn)換和電機(jī)控制。用于電機(jī)控制的 T10M 器件提供出色的導(dǎo)通電阻,UIS 能力提高 10%,并具有優(yōu)異的體二極管軟恢復(fù)性能,可降低電壓尖峰并解決 EMI 問題。對(duì)于高功率應(yīng)用中的三相 BLDC 電機(jī),安森美推薦使用基于 PTNG 技術(shù)的 MOSFET(80V、100V、120V和150V),而 NTMTSC1D6N10MCNTMTSC4D3N15MCNTBLS1D5N10MCNTBLS4D3N15MC MOSFET 可滿足高性能應(yīng)用的要求。
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要打造靈活而智能的自主移動(dòng)機(jī)器人,電源和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)發(fā)揮的作用很關(guān)鍵。隨著時(shí)間推移,單個(gè)系統(tǒng)和組件的選擇可對(duì)這些先進(jìn)方案的性能與可靠性產(chǎn)生顯著影響。安森美可以全力支持設(shè)計(jì)人員完成選擇過(guò)程,確保 AMR 能夠充分發(fā)揮其潛能。欲了解有關(guān) AMR 的更多信息,請(qǐng)點(diǎn)擊“閱讀原文”下載我們的白皮書:“自主移動(dòng)機(jī)器人的解決方案和注意事項(xiàng)”





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