工业、住宅及商业应用机器人的创新电源方案

电源转换器在每种电子应用中扮演的角色越来越重要，机器人也不例外。目前，大多数电子产品对电源的电压和电流需求都不同。当下，就需要一个能适应输出多种电压电流规格的电源转换器。

过去，功率转换器主要使用基于分立器件的专用解决方案构建。然而今天，设计人员更喜欢采用集成解决方案，通过单个 IC 执行电源转换器所需的所有任务。与基于分立器件的解决方案相比，集成解决方案可提供更高的可靠性、更好的热管理、更小的体积以及更轻的重量。

功率密度推动移动机器人应用发展

机器人技术就是一个例子，其中高功率密度电源转换器是一个不可或缺的组件。机器人包含多个电源需求的部件，其中包括电机（无刷直流电机和步进电机类型）、伺服电机、处理单元（微控制器或微处理器）、各种类型的传感器（加速计、陀螺仪、压力、温度以及湿度等传感器）、用于远程控制和监控的无线接口（蓝牙和 WiFi 等），以及其它传感器和执行器等，具体取决于不同的应用。这些供电网络可能很复杂。

最新微处理器等高度集成的可编程组件需要的电源电压很低，而传感器和通信外设的工作电压则较高。涉及为电动机供电时，对电力的要求则会更高。因此不难发现，机器人应用通常需要 4、5 个甚至更多的不同电源轨。

在小型电池供电机器人使用案例中，电源转换器不仅能提供多个电源，而且还要具有高效率和低损耗的特点，以尽可能延长电池的使用时间。

OLogic 是机器人革命的催化剂

机器人领域的创新日新月异。这一速度主要取决于电子领域取得的发展以及各种开源软件库的使用，它们能够高效实施复杂算法，如同步定位与地图构建 (SLAM) 。

在为工业、住宅及商业应用设计机器人并将其推向市场做出极大贡献的公司中，我们必须要提 OLogic。OLogic 是一家电子设计咨询公司，总部位于加利福尼亚州圣克拉拉市，公司在协助客户将机器人设计推向市场方面，拥有超过 18 年的丰富经验。他们拥有广泛的机器人专业技术，可为电气、机械、工业工程以及软件和固件工程领域提供支持。

“我们为客户创建原型，” OLogic 公司首席执行官 Ted Larson 表示，“我们有一个完整的团队，能够管理机器人设计各个方面。”这涉及电力电子集成的知识，这是影响移动机器人机动性、功能性和电池使用寿命的一个重要设计因素。

Larson 透露，机器人产业通常把电子产品看作一个事后解决的问题。有些人认为，他们可以买到所有现成的硬件器件，然后将其组装起来，也可以使用。但这可能很快就会变成一个不靠谱的计划。

移动机器人有特殊的电源需求，需要一系列功率等级。传感器、伺服电机、执行器、数据服务器、通信系统以及运行机器人的其它组件，都需要不同的电源和功率密度。其中一些组件耗电量很大，而另一些组件则可能只定期运行。这就需要从电池供电的电源具有快速、清洁、经济地提供电源的能力。

Dusty Robotics (Dusty) 是一家与 OLogic 密切合作优化其机器人电源配置的客户。Dusty 总部位于加州山景城，为现代建筑领域制造机器人驱动的工具。

Dusty FieldPrinter是一款机器人工具，可直接在施工现场的地面上转换建筑图纸，还可通过精确的全尺寸地面布局缩短工期、降低返工成本。

Dusty Robotics 的创始人、首席技术官 Phil Herget 指出：“用 CAD 模型设计大楼，一切均为数字格式。如今，目前的流程是人们会采用这种数字模型，将其打印在纸上，然后带到建筑工地上，在那里有人会在地面上手动转换所有这一切。”

Dusty 制造了一种工具，一个机器人，它可将这些图纸精确地打印在地面上，从而可将人工作业过程转化为数字过程。

该产品非常精确，其误差精度在 1/16 英寸以内，即 1.5 毫米以内。据 Dusty 介绍，达到这种精度极具挑战性，需要在机器人上进行大量的传感器融合。此外，该系统还可从内外部传感器获取数据。所有这些信息随后会融合在一起，提供极高的定位精度，因此机器人知道它所处的位置以及任何给定的时间它所面对的方向。

电源管理是这款机器人的主要技术挑战。这是一个电池供电的系统，因此其需要提供尽可能长的电池寿命。Dusty 信息显示，机器人内部有许多不同的电源，大量不同的电压均需从电池电压高效转出。除了传感器之外，还有整个打印机制，需要针对所需的电压进行供电。最后，机器人必须在施工现场工作，因此它需要能够在机械和电子方面适应各种不同的天气条件。

Vicor 电源转换器

OLogic 为这款移动机器人选择了 Vicor 电源转换器，更准确地说是 Vicor ZVS 降压及升降压稳压器系列。

作为 Vicor 公司的合作伙伴，OLogic 采用模块化方法，为机器人构建了供电网络 (PDN)。OLogic 公司意识到， Vicor 电源模块在相同工作条件下，提供最佳的散热及范围效率。此外，Vicor 模块，如 ZVS 降压稳压器，还具有 97% 的额定效率，可提供 200 至 300W 的功率，因此极具成本效益。

根据 OLogic 的介绍，所需的电源转换器需要能够根据电池的电压状态进行升降压，这样，无论充电状态如何，也不管器件中的其它电源在做什么，它们都能在特定的电压轨上提供恒定的功率。

Vicor 的 ZVS 降压及升降压开关稳压器为设计人员提供了高功率密度和灵活性的电源方案，以实现高效负载点 DC-DC 稳压。通过集成高性能零电压开关 (ZVS) 拓扑，它们不仅可提高负载点性能，而且还可带来高达 98% 的电源效率。

“Vicor ZVS 降压解决方案正在成为我们解决各种配电问题的首选方案，因为其不仅价格低，而且还很好用。”Larson 道，“设计一款机器人是一件极为复杂的事情。电源可能非常棘手，所以我们几乎会为所有的设计使用可靠的 Vicor 电源模块。”

此外，据 OLogic 介绍，ZVS 电源转换器不存在任何散热问题。它们具有高功率转换效率，因此在进行高功率转换时，产生的热量极低。

OLogic 可优化原型设计流程，帮助其客户加速产品上市进程。今天，Dusty FieldPrinter 正蓄势以待，为建筑行业实现巨变，这其中的部分原因是 OLogic 支持和设计电力电子系统方面的雄厚实力。

本文最初由 Power Elecronics News 发表

以上为中译

审核编辑：汤梓红