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安森美半导体高能效方案赋能机器人创新,助力工业自动化升级

工业自动化简单说来指从人力制造转向机器人制造,涉及信息物理系统(CPS)、物联网(IoT)/工业物联网(IIoT)、云计算(Cloud Computing)和人工智能(AI)等多种技术,可实现经济增长和利润最大化,提高生产效率,并避免人力在执行某些任务时的安全隐患。安森美半导体为工业自动化提供全面的高能效创新的半导体方案。其中,机器人半导体方案构建框图如图1所示。

图1:工业自动化-机器人半导体方案构建框图

电机控制

设计人员可采用安森美半导体的无刷直流电机(BLDC)控制器实现BLDC电机控制,如高性能第二代单电机控制器MC33035、NCV33035和MC33033 , 或也可采用MC33039进行速度闭环控制。 对于配套的功率器件,安森美半导体提供Power Trench N沟道MOSFET系列,雪崩击穿电压范围从40 V至150 V甚至更高,具体取决于应用。

使用一个专用的逆变器网络来驱动通用臂制动器和末端执行器的BLDC相绕组,这个逆变器系统包含高达150 V耐压 的Power Trench功率器件。 下表列出了安森美半导体的Trench系列分立器件的一些成员,以及推荐的三相门极(预)驱动器:

为了将瞬态大电流和大电压分别反馈到对噪声更敏感的低压微处理器上,可能需要数字隔离器;同时根据电源架构,也可能需要隔离驱动IC

逆变器功能部分和更高功率的应用场景可以使用智能功率模块(IPM)来实现,如安森美半导体的NFVA35065L32。 这款经过AEC-Q和AQG324认证的50 A汽车级高压模块,集成了650V场截止沟槽IGBT器件,可以承受更高的感应电压尖峰。 NFVA35065L32还集成了丰富的保护功能如过流关断、欠压锁定(UVLO)、过温、过热监控以及故障遥测功能,可满足您驱动当今三相BLDC电机应用的所有要求,并且稳定可靠和优良的高可靠性。 NFVA33065/34065L32分别为650 V 30 A / 40A IPM。 NFVA225 / 235 / 25012NP2T– 是1200V 25A/35A/50A IPM。

在更高的功率段上,安森美半导体推出了1200 V 25 A、35 A和50 A 的PIM模块, 提供转换器-逆变器-制动(CIB)和转换器-逆变器(CI)架构; 以及650V 50A的PIM模块, 提供转换器-逆变器-交错PFC(CIP)架构,是工业自动化-机器人应用的理想选择。未来将推出1200 V级和650 V级25 A至200 A 的产品,包括涵盖Compact 和QLP-74系列,达到功率频谱全覆盖,以满足各种不同的功率需求。下表列出了安森美半导体已推出的TMPIM模块。

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对于更高压应用,需要采用智能功率逆变器APM17M系列,如NXV10H250XT1 (100 V, Idmax = 250 A,1 mΩ) 和NXV10H350XT1 (100 V, Idmax = 310 A,1 mΩ)。这些功率逆变器单元可采用三相(3个APM17M)或六相(6个APM17M)运行。

该系列的封装设计具有低寄生电感(<25nH) 的优势,每一相都能承受较大的负载瞬变(大dI / dt),且电磁干扰(EMI)低。每个APM17M模块内部都有2个上管(MOS)和2个下管(MOS),它们可用FAN73832(625V驱动IC)来驱动。FAN73832具有+0.35A/-0.65A驱动能力、可编程的死区时间设置,从而防止桥式电路的直通。对于每相的电流检测,我们可用NCV210R、NCV213R和/或NCV214R,使用他们来检测每相shunt 电阻上的电流, 该系列电流放大器的最大工作电压为26 V,失调电压低至35 uV,是电流的逐周期检测的最佳选择。

为帮助设计人员加速开发更高能效的电机控制方案,安森美半导体还推出了先进而灵活的电机开发套件(MDK),适用于10 kW以内的开发应用。该模块化的综合原型样机平台包括通用控制器板(UCB) 和一系列不断扩展的电机驱动评估板,软件开发支持来自Xilinx以Vivado?设计套件的形式进行高层次融合。

机器视觉

实现全自动化的关键要素之一是机器能够感知周围环境:机器能观察和识别附近物体,并区分和辨别下一步行动,从而保持安全和避免冲突。安森美半导体是工业机器视觉的领袖之一,致力于以全方位的成像方案和领先技术,赋能机器超越人眼的视觉,推进工业自动化的创新。

如下图所示的方案中,1/4英寸、100万像素的AR0144 CMOS图像传感器采用最佳的第三代全局快门技术,极其适用于机器视觉应用。使用超低噪声和纹波的NCP163为AR0144提供电源, 让AR0144在微光下也可以得到清晰的图像。

NCP3170同步整流Buck提供主电源输出,用于负载点 (POL) 供电 ,该降压稳压器具有3.3V/3A 的输出能力,可为安森美半导体的其它下游器件提供充足的电能,NCP3170也具有热关断和输出短路等一些关键特性。 在DC BUS 上也可以使用电子保险丝(e-Fuse)来抑制电压/电流浪涌和解决多路电源的时序问题。

图2:工业自动化-机器人之机器视觉半导体块

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