電源轉換器為機器人應用實現創新

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

過去，功率轉換器主要使用基於分立器件的專用解決方案構建。然而今天，設計人員更喜歡採用集成解決方案，通過單個 IC 執行電源轉換器所需的所有任務。與基於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用發展

機器人技術就是一個例子，其中高功率密度電源轉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）、各種類型的感測器（加速計、陀螺儀、壓力、溫度以及濕度等感測器）、用於遠程控制和監控的無線介面（藍牙和 WiFi 等），以及其它感測器和執行器等，具體取決於不同的應用。這些供電網路可能很複雜。

最新微處理器等高度集成的可程式設計組件需要的電源電壓很低，而感測器和通訊外設的工作電壓則較高。涉及為電動機供電時，對電力的要求則會更高。因此不難發現，機器人應用通常需要 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

機器人領域的創新日新月异。這一速度主要取決於電子領域取得的發展以及各種開源軟體庫的使用，它們能够高效實施複雜算法，如同步定位與地圖構建（SLAM）。

在為工業、住宅及商業應用設計機器人並將其推向市場做出極大貢獻的公司中，我們必須要提 OLogic。OLogic 是一家電子設計諮詢公司，總部位於加利福尼亞州聖克拉拉市，公司在協助客戶將機器人設計推向市場方面，擁有超過 18 年的豐富經驗。他們擁有廣泛的機器人專業技術，可為電力、機械、工業工程以及軟體和固件工程領域提供支援。

“我們為客戶創建原型，”OLogic 公司首席執行官 Ted Larson 表示，“我們有一個完整的團隊，能够管理機器人設計各個方面。”這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計因素。

Larson 透露，機器人產業通常把電子產品看作一個事後解决的問題。有些人認為，他們可以買到所有現成的硬體器件，然後將其組裝起來，也可以使用。但這可能很快就會變成一個不可靠的計畫。

移動機器人有特殊的電源需求，需要一系列功率等級。感測器、伺服電機、執行器、資料服務器、通訊系統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、經濟地提供電源的能力。

Dusty Robotics（Dusty）是一家與 OLogic 密切合作優化其機器人電源配置的客戶。Dusty 總部位於加州山景城，為現代建築領域製造機器人驅動的工具。

Dusty FieldPrinter（圖 1）是一款機器人工具，可直接在施工現場的地面上轉換建築圖紙，還可通過精確的全尺寸地面佈局縮短工期、降低返工成本。

Dusty Robotics 的創始人、首席技術官 Phil Herget 指出：“用 CAD 模型設計大樓，一切均為數位格式。如今，目前的流程是人們會採用這種數位模型，將其列印在紙上，然後帶到建築工地上，在那裡有人會在地面上手動轉換所有這一切。”

Dusty 製造了一種工具，一個機器人，它可將這些圖紙精確地列印在地面上，從而可將人工工作過程轉化為數位過程。

該產品非常精確，其誤差精度在 1/16 英寸以內，即 1.5 毫米以內。據 Dusty 介紹，達到這種精度極具挑戰性，需要在機器人上進行大量的感測器融合。此外，該系統還可從內外部感測器獲取資料。所有這些資訊隨後會融合在一起，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挑戰。這是一個電池供電的系統，因此其需要提供盡可能長的電池壽命。Dusty 資訊顯示，機器人內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出。除了感測器之外，還有整個列印機制，需要針對所需的電壓進行供電。最後，機器人必須在施工現場工作，因此它需要能够在機械和電子方面適應各種不同的天氣條件。

Vicor 電源轉換器

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

作為 Vicor 公司的合作夥伴，OLogic 採用模組化方法，為機器人構建了供電網路（PDN）。OLogic 公司意識到，Vicor 電源模組在相同工作條件下，提供最佳的散熱及範圍效率。此外，Vicor 模組，如 ZVS 降壓穩壓器，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 OLogic 的介紹，所需的電源轉換器需要能够根據電池的電壓狀態進行升降壓，這樣，無論充電狀態如何，也不管器件中的其它電源在做什麼，它們都能在特定的電壓軌上提供恒定的功率。

Vicor 的 ZVS 降壓及升降壓開關穩壓器（圖 2）為設計人員提供了高功率密度和靈活性的電源方案，以實現高效負載點 DC-DC 穩壓。通過集成高效能零電壓開關（ZVS）拓撲，它們不僅可提高負載點效能，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决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。”Larson 道，“設計一款機器人是一件極為複雜的事情。電源可能非常棘手，所以我們幾乎會為所有的設計使用可靠的 Vicor 電源模組。”

此外，據 OLogic 介紹，ZVS 電源轉換器不存在任何散熱問題。 它們具有高功率轉換效率，囙此在進行高功率轉換時，產生的熱量極低。

OLogic 可優化原型設計流程，幫助其客戶加速產品上市行程。今天，Dusty FieldPrinter 正蓄勢以待，為建築行業實現巨變，這其中的部分原因是 OLogic 支持和設計電力電子系統方面的雄厚實力。