提升感測能力的需求

儘管電壓和電流感測解決方案可以為現今的機器人系統帶來優勢，但更高性能的感測仍面臨許多挑戰。最普遍的挑戰是如何針對提供給馬達的電流和電壓，執行準確、低雜訊的測量。在現今的機器人系統中，三相逆變器會以低電流或電壓位準運作，並會產生暫態雜訊，可能會干擾現有非隔離式感測器量測的準確度。

在設計需要以極平穩和可控的方式執行複雜任務的精細運動技能的機器人時，可能會面臨較慢的扭力反應和較不精密的運動等重大挑戰。

設計工程師面臨的另一個挑戰是，許多機器人（包括移動機器人）均是由電池供電，因此很難在維持性能的同時最佳化能源效率。電力不足還可能導致系統故障、任務持續時間受限和營運成本增加。

除了性能挑戰外，小型人形機器人中用於額外感測電路的空間也十分有限。在不顯著增加模組尺寸或系統重量的情況下，整合電流和電壓感測電路是一個重大的挑戰。

進行機器人設計時，需要在高電壓域和低電壓域中隔離電源和控制電路。為了防止短路事件或過電壓狀況，需要快速準確地偵測這些故障，以防止損壞其他元件。

進行精密的電流與電壓量測

為了克服傳統機器人設計的設計挑戰，TI 的功能隔離式轉換器可讓設計人員實現平穩的扭力操作和精確的馬達控制，同時在 <60V 的精巧設計中維持小尺寸和低成本。

AMC0106M05 和 AMC0106M25 功能隔離式 ΔΣ 電流感測調變器，以及 AMC0136 功能隔離式電壓感測調變器，均可進行更精確的電流與電壓量測。相較於目前的 8 至 11 位元類比解決方案，這些裝置具有 12 至 14 個有效位元數 (ENOB)，如 圖 2 所示。測量精密度的提升可改善低電流與電壓位準的測量結果，以利進行精細的機器人任務與移動。

電氣隔離調變器具有 150V/ns 的高共模暫態抗擾度 (CMTI)，可提高雜訊抗擾度和系統級失調漂移。數位介面可確保脈衝寬度調變切換不會影響量測準確度。這些功能讓機器人設計人員能夠使用 50V/ns 或更快的快速切換速度，來實現高效率氮化鎵馬達設計。高 CMTI 還可降低切換閘極時電源接地雜訊干擾微控制器的風險，進而防止資料損毀和性能下降。

除了功能隔離式調變器所帶來的性能優勢外，這些裝置採用了 3.5-mm x 2.7-mm 封裝（請參見圖 3），可將感測解決方案尺寸縮減 50% 以上。這種更小的外型尺寸也可縮減印刷電路板 (PCB) 的尺寸，進而打造出更小的機器人。

為了防止短路事件或過電壓狀況等故障，AMC21C12 功能隔離比較器有助於達到 290ns 反應時間。這種故障偵測速度可快速關閉閘極驅動器，有助於防止對系統中其他元件造成損壞。

結論

隨著功能隔離式感測和高速扭力反應的預期進步，人們可以試想機器人的未來可能性。機器人可以執行先進的顯微手術或高速組裝微型電子設備。自主行動機器人可在複雜環境中更有效率地導航；協作機器人可在裝配線中更安全地工作；而人形機器人則可執行複雜的維修工作，甚至可以洗衣服。

其他資源

• 應用說明《適用於 48V 機器人與伺服驅動器的高解析度、小尺寸相位電流感測》介紹了如何設計準確又可靠的分流式電流感測子系統
• 請查看我們最新的 GaN 型機器人參考設計：適用於整合式馬達驅動的 48V/16A 小型三相位 GaN 逆變器參考設計 (TIDA-010936)
• 請參閱我們的全新高功率機器人參考設計：適用於整合式馬達驅動的 48V、4kW 小型三相位逆變器參考設計 (TIDA-010956)
• 如需進一步了解有關我們的隔離式放大器、調變器和比較器產品組合，請參閱《隔離訊號鏈解決方案工程師指南》
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