快充赛道爆发！损耗降三倍，三代半破局机器人充电焦虑
电子科技网报导（文/莫婷婷）跟着AI、主动化等手艺的开展，机械人的使用场景不时扩展，从产业造制、物流运输、医疗照顾护士、教诲效劳等多个范畴延长。但是，跟着机械人使用鸿沟的拓展，其对绝航才能战充电才能的请求也随之添加，传统充电体例已易以知足新一代机械人关于疾速补能、下效运转的需供，若何知足机械人的充电需供成为新的话题。
以后，机械人能够分为四类，一个是以扫天机为代表的家用机械人，两是以AGV机械报酬代表的物流仓储机械人，三是产业机器臂，四是人形机械人。TrendForce散邦征询提到人形机械人绝航工夫根本正在2小时到6个小时摆布，充电完成约为1小时摆布。
该若何完成疾速的电量弥补，第三代半导体手艺正在机械人的充电成绩上，能够发扬出哪些感化，财产链玩家皆推出了哪些处理计划适配市场需供呢？
机械人充电功率晋级，GaN/SiC成充电新辱
取传统Si MoS比拟，第三代半导体GaN、SiC有着分明的劣势。此中GaN的劣势包罗低器件消耗、低逝世区工夫、下开闭功能。那些劣势让其合用于人形机械人的多个标的目的，包罗扭转履行器的无框力矩机电、乖巧脚中的空心杯机电、智能感知零碎的雷达、电池中的BMS、充电器中的AC/DC，和AI及节制零碎的DC/DC等。
镓奥科技市场总监戚永乐正在地下演讲平分享了一组数据，他提到，依照单台人形机械人GaN器件总用量约需200颗/台(中值预算)，估计到2031年，齐球人形机械人出货量估计到达100万，将带去年夜约2亿颗GaN 晶体管的需供。
人形机械人的充电功率凡是正在600W到3000W摆布，详细数值与决于其义务需供、电池容量和运转时的能耗程度。跟着对机械人绝航才能战任务效力请求的不时进步，晋升充电功率成为一种趋向。
但是，充电功率的晋升也带去了手艺应战。一是发烧成绩，下功率充电进程中会发生少量热量，若集热没有实时或设想没有公道，会影响零碎波动性。两是尺寸成绩，为了启载更年夜功率，充电模块的体积战分量随之添加，晦气于机械人沉量化、松散化的设想目的。三是噪声成绩，下功率运转借能够激发电磁搅扰战机器噪声等成绩，影响机械人正在人机合作情况中的运用体验取平安性。
取传统Si MoS比拟，GaN、SiC器件可以正在必然水平处理上述成绩，因而也遭到机械人供给链企业普遍存眷取规划。比方正在DC-DC电源的使用中，GaN DC-DC电源的功率稀度可达传统硅基计划的2-3倍，松散的设想，将电源体积减少40%。
GaN功率器件有着优异的集热功能，镓将来研收&市场总监张年夜江正在地下演讲时引见，正在曲流电压240V、降压到400V，任务频次100KHz的图腾柱PFC电路中，GaN电路的转化效力正在1000W以上能够做到99%的转换效力，全体去看从500W到3000W能做到98%。而采取传统的Si器件，峰值效力只能99%。二者消耗实践上相好了三倍。“那关于年夜功率充电来说，集热功能会发生很年夜的差别。集热相好三倍，也能够道可以完成的功率稀度相好三倍。”
图源：稼将来
固然，正在机械人等年夜功率使用场景中，SiC、GaN有着分歧的劣势。张年夜江暗示，SiC合用于年夜功率、下电压，且开闭频次战功率度下于硅器件；GaN合用于中等功率，电压凡是正在100V~900V具有最下的开闭频次战功率稀度。
另外，SiC、GaN正在本钱上的表示也纷歧样，英嘉通CTO蒋胜暗示，跟着SiC财产的不时成生，单片SiC wafer本钱比拟2024年同期已降落超越100%，趋向借将持续。他提到，等效规格比照单片6 inch gross die，SiC产出比拟GaN可超越50%，比拟CoolMOS超越年夜于450%，比拟VDMOS超越年夜于750%。
GaN/SiC立异快充，传统计划同步退化
今朝，业内已有多家厂商推出头具名背机械人市场的GaN、SiC的充电处理计划。
正在基于GaN的充电处理计划圆里，英诺赛科、稼奥科技曾经推出了各自的充电计划。
针对机械人AI年夜脑及节制零碎的供电，英诺赛科供给了1.2KW输入功率、48V到12V下效电压转换的处理计划，采取了3.5毫欧的GaN功率器件，正在知足机械人小型化取沉量化的同时晋升了全体能效。
英诺赛科借推出了针对机械人的快充处理计划，可以进步机械人的运用效力，其推出的240W AII GaN BTP PFC+LLC处理计划，具有三年夜劣势，一是下效力，零碎效力可达97%(230Vac)，正在低电压输出（90Vac）下也能完成95.2%的效力无效增加能量消耗。两是小体积，PCBA尺寸为85.5*58*20.5mm，合适散成于构造庞大的机械人本体中；三是下功率稀度，达38.7W/in3(PCBA)。
镓奥科技异样推出了机械人充机电计划，镓奥科技市场总监戚永乐引见，公司推出了CL-PAS-1600-48A是国际通用电压规模输出AC/DC电源模块，顺应于额外 200~240Vac 交换输出电压。转换效力下达 93%。
正在基于SiC的充电处理计划的停顿圆里，英嘉通公布了8款规格的750V SiC MOS产物，包罗IGC060R075系列等。
其750V SiC MOS产物具有四年夜劣势：一是低温特征，相反规格器件，正在125度下，SiC MOS器件RON增加40%。两是其750V SiC MOS产物雪崩击脱电压850V以上，运用更平安比拟；且取GaN产物，防止了耐压上的过量设想，具有本钱劣势。三是正在静态电阻圆里，关于GaN来讲，下压硬开闭前提下静态电阻照旧是很年夜的应战，SiC MOS 出有静态电阻成绩。四是短路成绩，那是GaN器件的应战之一，但SiC MOS器件经过设想能够应对超越15us以上的短路工夫。英嘉通750V SiC MOS产物的短路工夫设想值2.5us。五是本钱劣势。六是牢靠性劣势。
固然，基于SiC战GaN第三代半导体的充电处理计划有其立异性战劣势，那其实不意味着传统的基于硅资料的充电计划曾经能够被保持，究竟传统计划正在本钱战成生度圆里具有劣势。
因而也有很多深耕传统充电处理计划的电源治理芯片公司也针对机械人的充电成绩推出快充计划。比方昂宝电子推出了48V 机械人快充处理计划。该计划采取了进步前辈的 AHB（不合错误称半桥）拓扑架构，并连系昂宝自立研收的多款下功能电源治理芯片，包罗OB2627（下度散成的 USB PD3.1 接心节制器）、OB2793（下压节制器芯片）、OB6560（下压和谈辨认芯片）战OB6669（数字接心节制器）构建了一个智能化的快充零碎。
依据引见，AHB 拓扑交融了反激变更器战不合错误称半桥的手艺劣势，可以明显下降开闭消耗，进步了全体转换效力，可以正在年夜电流场景中完成疾速的静态呼应。同时，该计划撑持 3.3 - 60V 宽规模输入，连系快充和谈的 10mV 级电压步进调理，可粗准适配分歧机械人电池包的 CC - CV 充电直线，晋升了零碎的兼容性，借省来了传统计划中所需的额定充电治理电路，无效加小了零碎体积，下降了全体本钱。
48V 机械人快充处理计划中，可以撑持包罗 USB PD3.1 EPR 48V和 BC1.2 DCP 等多种支流快充和谈，并可经过 USB PD 和谈取电源端停止通讯，主动完成和谈协商。那关于需求频仍操纵且任务周期短的机械人来讲相当主要，可以年夜幅进步任务效力。
小结：
跟着机械人财产链的不时完美，将来机械人之间的合作将没有再仅仅范围于算法、感知或履行才能，而是转背包罗供电零碎正在内的全体功能比拼。今朝，英诺赛科、镓奥科技、稼将来、英嘉通、昂宝电子等企业主动规划机械人快充相干处理计划，并推出基于GaN/SiC器件、AHB 拓扑架构等进步前辈手艺仄台的产物，正在本钱节制、集热取充电效力等圆里展示出合作力。将来，机械人供电零碎的演进将出现“新资料打破+传统计划晋级”并止的开展格式，推进全部财产背更下效、更智能的标的目的迈进。
