氮化镓能否用在人形机器人?

原创 转子磁场定向 2025-02-22 17:35

高压氮化镓大家普遍比较熟悉,国内知名厂商英诺赛科,国外有英飞凌,EPC,TI,纳微等。

现阶段氮化镓广泛应用于消费级充电器。对于电源来说,开关频率越高,就像高铁一样,车次越多,单位时间内能运送的人也越多,那么传递的能量越多,电源的功率密度可以大幅度提升,进而尺寸缩小。

对于电机应用来说,因为其原理的原因,逆变器主要是通过SVPWM完成DC-AC的逆变,其开关频率只能影响谐波,无法提高能量密度,并且电机控制普遍是硬开关居多,软开关不能说没有,非常罕见。

以上是氮化镓在电源和电机的应用差异的介绍。

*******************************************

下面介绍下人形上可能应用的氮化镓型号。

一般国外厂商,把650V氮化镓称为高压,因为材料的限制,氮化镓耐压做不高,无法像碳化硅做到1200V甚至2000V。

对于100V的氮化镓,一般称为中压氮化镓,即MV GaN;

40V以下的氮化镓,称为低压氮化镓,即LV GaN;

高压氮化镓已经量产很久了,价格也不贵,尤其国产的GaN。

对于中压氮化镓,现阶段各大厂商都是量产没多久,价格高昂。

因为成本高昂,而且MOSFET普遍价格走低,那么中压GaN的应用前景扑朔迷离。

以上是现阶段,行业内对MV GaN的前景担忧。

*******************************************

下面介绍人形机器人的应用,人形机器人集成了许多子系统,包括伺服控制系统、电池管理系统 (BMS)、传感器系统、AI 系统控制等。

通常在整个机器人中部署大约 40 个伺服电机 (PMSM) 和控制系统。电机分布在机器人身体的不同部位,例如颈部、躯干、手臂、腿、脚趾等。该数字不包括手部的电机。为了模拟人手的自由操作,单只手即可能集成十多个微型电机。这些电机的电源要求取决于所执行的具体功能;例如,驱动机器人手指的电机可能只需要数安培电流,而驱动髋关节或腿的电机可能需要 100 安培或更高的电流。

与传统伺服系统相比,人形机器人的伺服系统具有更高的控制精度、尺寸和散热要求。
以上是人形机器人对于电机的基础需求介绍。
*******************************************
上面扔出了几个问题,下面通过TI对其氮化镓在人形中应用的介绍来寻找答案。

以上是伺服控制器的当环路框图,常见的位置,速度,电流三闭环。
人形机器人,在动态跑跳跃等动作下,为了实现全身电机的快速响应和高同步控制,那么人形机器人对控制的要求也很高!
如果采用MV GaN,配合高算力的MCU,同步提高环路控制频率和PWM逆变频率,那么可以实现谐波更小的电流更精确的控制

电流谐波的降低,那么可以直接降低电机的损耗。

考虑到人形机器人和机械臂都是密闭腔体,那么电机的损耗降低,是可以降低系统温升的。

除此之外,我发现英飞凌和TI都有共同的结论:

增加 PWM 开关频率可以减小 DC 总线电容器的尺寸和电容

降低电容尺寸和容量,那么电解电容可以更换为陶瓷电容,总的成本,尺寸,高度都有下降,间接提高了功率密度。

当 PWM 频率增加时,每个单位时间消耗的电荷量减小,这意味着所需的总线电容减少。根据 TI 的测试,将 PWM 频率从 20kHz 提高到 80kHz 后,可以用电容相等的陶瓷电容器代替电解电容器,以获得相似的总线电压纹波。与电解电容器相比,陶瓷电容器具有明显优势:更小的尺寸、更长的使用寿命、更好的高频特性等。

减小开关损耗

GaN 之所以能够实现如此低的开关损耗,源于 GaN 器件的特性。GaN 器件具有更小的栅极电容 (CG) 和更小的输出电容 (Coss),可实现达到 Si-MOSFET 100 倍的开关速度。由于关断和开通时间缩短,可以在较短的范围内控制死区时间,例如 10-20ns,而 MOSFET 通常需要约 1us 的死区时间。


死区时间的缩短可降低开关损耗。此外,GaN FET 没有体二极管,但续流功能通过第三象限操作实现。在高频 PWM 场景中,MOSFET 的体二极管会导致较大的反向恢复损耗(Qrr 损耗)。第三象限操作还可避免开关节点响铃和由体二极管引起的 EMI 风险,从而降低对高功率密度人形机器人中其他器件的干扰。


最后说成本,在这一点上我觉得不是问题,只要国内厂商进去卷,价格下来只是时间问题。过去几年的市场已经证明这个结论。


基于以上结论,氮化镓在人形机器人的应用中,存在较大潜力。今年我会做一些相关应用的探索。


实际应用中,要解决散热,过载,采样等多重问题,在后面的文章中逐步分享。


TI原文链接:

人形机器人 | GaN FET 在人形机器人中的应用


图片

转子磁场定向 十余年FOC开发经验,精通永磁同步电机和三相异步电机无感FOC控制。
评论 (0)
  • 引言在语音芯片设计中,输出电路的设计直接影响音频质量与系统稳定性。WT588系列语音芯片(如WT588F02B、WT588F02A/04A/08A等),因其高集成度与灵活性被广泛应用于智能设备。然而,不同型号在硬件设计上存在关键差异,尤其是DAC加功放输出电路的配置要求。本文将从硬件架构、电路设计要点及选型建议三方面,解析WT588F02B与F02A/04A/08A的核心区别,帮助开发者高效完成产品设计。一、核心硬件差异对比WT588F02B与F02A/04A/08A系列芯片均支持PWM直推喇叭
    广州唯创电子 2025-04-01 08:53 155浏览
  • 职场之路并非一帆风顺,从初入职场的新人成长为团队中不可或缺的骨干,背后需要经历一系列内在的蜕变。许多人误以为只需努力工作便能顺利晋升,其实核心在于思维方式的更新。走出舒适区、打破旧有框架,正是让自己与众不同的重要法宝。在这条道路上,你不只需要扎实的技能,更需要敏锐的观察力、不断自省的精神和前瞻的格局。今天,就来聊聊那改变命运的三大思维转变,让你在职场上稳步前行。工作初期,总会遇到各式各样的难题。最初,我们习惯于围绕手头任务来制定计划,专注于眼前的目标。然而,职场的竞争从来不是单打独斗,而是团队协
    优思学院 2025-04-01 17:29 111浏览
  • 提到“质量”这两个字,我们不会忘记那些奠定基础的大师们:休哈特、戴明、朱兰、克劳士比、费根堡姆、石川馨、田口玄一……正是他们的思想和实践,构筑了现代质量管理的核心体系,也深远影响了无数企业和管理者。今天,就让我们一同致敬这些质量管理的先驱!(最近流行『吉卜力风格』AI插图,我们也来玩玩用『吉卜力风格』重绘质量大师画象)1. 休哈特:统计质量控制的奠基者沃尔特·A·休哈特,美国工程师、统计学家,被誉为“统计质量控制之父”。1924年,他提出世界上第一张控制图,并于1931年出版《产品制造质量的经济
    优思学院 2025-04-01 14:02 114浏览
  • REACH和RoHS欧盟两项重要的环保法规有什么区别?适用范围有哪些?如何办理?REACH和RoHS是欧盟两项重要的环保法规,主要区别如下:一、核心定义与目标RoHS全称为《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》,旨在限制电子电器产品中的铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr6+)、多溴联苯(PBBs)和多溴二苯醚(PBDEs)共6种物质,通过限制特定材料使用保障健康和环境安全REACH全称为《化学品的注册、评估、授权和限制》,覆盖欧盟市场所有化学品(食品和药品除外),通过登
    张工13144450251 2025-03-31 21:18 117浏览
  • 升职这件事,说到底不是单纯靠“干得多”或者“喊得响”。你可能也看过不少人,能力一般,甚至没你努力,却升得飞快;而你,日复一日地拼命干活,升职这两个字却始终离你有点远。这种“不公平”的感觉,其实在很多职场人心里都曾经出现过。但你有没有想过,问题可能就藏在一些你“没当回事”的小细节里?今天,我们就来聊聊你升职总是比别人慢,可能是因为这三个被你忽略的小细节。第一:你做得多,但说得少你可能是那种“默默付出型”的员工。项目来了接着干,困难来了顶上去,别人不愿意做的事情你都做了。但问题是,这些事情你做了,却
    优思学院 2025-03-31 14:58 104浏览
  • 在智能交互设备快速发展的今天,语音芯片作为人机交互的核心组件,其性能直接影响用户体验与产品竞争力。WT588F02B-8S语音芯片,凭借其静态功耗<5μA的卓越低功耗特性,成为物联网、智能家居、工业自动化等领域的理想选择,为设备赋予“听得懂、说得清”的智能化能力。一、核心优势:低功耗与高性能的完美结合超低待机功耗WT588F02B-8S在休眠模式下待机电流仅为5μA以下,显著延长了电池供电设备的续航能力。例如,在电子锁、气体检测仪等需长期待机的场景中,用户无需频繁更换电池,降低了维护成本。灵活的
    广州唯创电子 2025-04-02 08:34 73浏览
  • 引言随着物联网和智能设备的快速发展,语音交互技术逐渐成为提升用户体验的核心功能之一。在此背景下,WT588E02B-8S语音芯片,凭借其创新的远程更新(OTA)功能、灵活定制能力及高集成度设计,成为智能设备语音方案的优选。本文将从技术特性、远程更新机制及典型应用场景三方面,解析该芯片的技术优势与实际应用价值。一、WT588E02B-8S语音芯片的核心技术特性高性能硬件架构WT588E02B-8S采用16位DSP内核,内部振荡频率达32MHz,支持16位PWM/DAC输出,可直接驱动8Ω/0.5W
    广州唯创电子 2025-04-01 08:38 137浏览
  • 据先科电子官方信息,其产品包装标签将于2024年5月1日进行全面升级。作为电子元器件行业资讯平台,大鱼芯城为您梳理本次变更的核心内容及影响:一、标签变更核心要点标签整合与环保优化变更前:卷盘、内盒及外箱需分别粘贴2张标签(含独立环保标识)。变更后:环保标识(RoHS/HAF/PbF)整合至单张标签,减少重复贴标流程。标签尺寸调整卷盘/内盒标签:尺寸由5030mm升级至**8040mm**,信息展示更清晰。外箱标签:尺寸统一为8040mm(原7040mm),提升一致性。关键信息新增新增LOT批次编
    大鱼芯城 2025-04-01 15:02 159浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍不久前,中国发展高层论坛 2025 年年会(CDF)刚刚落下帷幕。本次年会围绕 “全面释放发展动能,共促全球经济稳定增长” 这一主题,吸引了全球各界目光,众多重磅嘉宾的出席与发言成为舆论焦点。其中,韩国三星集团会长李在镕时隔两年的访华之行,更是引发广泛热议。一直以来,李在镕给外界的印象是不苟言笑。然而,在论坛开幕前一天,李在镕却意外打破固有形象。3 月 22 日,李在镕与高通公司总裁安蒙一同现身北京小米汽车工厂。小米方面极为重视此次会面,CEO 雷军亲自接待,小米副董
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:39 121浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍步入 2025 年,国家进一步加大促消费、扩内需的政策力度,家电国补政策将持续贯穿全年。这一利好举措,为行业发展注入强劲的增长动力。(详情见:2025:消费提振要靠国补还是“看不见的手”?)但与此同时,也对家电企业在战略规划、产品打造以及市场营销等多个维度,提出了更为严苛的要求。在刚刚落幕的中国家电及消费电子博览会(AWE)上,家电行业的竞争呈现出胶着的态势,各大品牌为在激烈的市场竞争中脱颖而出,纷纷加大产品研发投入,积极推出新产品,试图提升产品附加值与市场竞争力。
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:49 129浏览
  •        在“软件定义汽车”的时代浪潮下,车载软件的重要性日益凸显,软件在整车成本中的比重逐步攀升,已成为汽车智能化、网联化、电动化发展的核心驱动力。车载软件的质量直接关系到车辆的安全性、可靠性以及用户体验,因此,构建一套科学、严谨、高效的车载软件研发流程,确保软件质量的稳定性和可控性,已成为行业共识和迫切需求。       作为汽车电子系统领域的杰出企业,经纬恒润深刻理解车载软件研发的复杂性和挑战性,致力于为O
    经纬恒润 2025-03-31 16:48 86浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦