本文指出：简介人类机器人包括许多子系统，包括控制系统，电池管理系统（BMS），传感器系统，AI系统控制等。人形机器人机器人内空间极限最大的子系统是伺服控制系统。为了实现类似于人类的运动范围，通常在整个机器人中部署了大约40个伺服电动机（PMSM）和控制系统。电动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。此数字不包括手的电动机。为了模拟人的手的自由操作，一只手可以包含十几个微型电动机。这些摩托车的电源要求取决于执行的特定操作；例如，Drivi的电动机NG机器人的手指可能只需要几个放大器电流，而臀部或腿上的电动机可能需要100安培或更多。与传统的伺服系统相比，人形机器人的伺服系统对控制，大小和散热要求具有更高的控制。本文介绍了GAN（氮化炮）对运动驱动器的各种好处，并展示了GAN如何帮助解决人形机器人中伺服系统面临的挑战。图1控制电动机控制回路的通用技术更准确地控制伺服MOT应用程序器驱动器，电动机控制通常分为几个控制回路层：电流/扭矩，环路速度，循环位置和更高的控制循环。这些循环通常以级联形式排列，每个循环都有“实时”处理要求。电流/扭矩循环是最快的控制循环。每个上游循环都在多个以前的循环中运行，并提供了下游环路输入的引用。图1显示了一个典型Cal级联控制拓扑。控制循环的最重要部分是当前循环。通常，在当前循环中，FET传递频率相同，约为8kHz至32kHz。当前循环的速度直接影响电动机控制响应的准确性和速度。人形机器人的简单作用涉及控制许多伺服摩托车。为了协调机器人体内近40辆摩托车，同时保持系统的稳定性，每个关节的响应速度和速度必须满足非常高的要求。可以通过增加电机控制环的PWM的速度和频率来满足这些要求。例如，100kHz的偏移频率（图2）可以达到更高的电动机分辨率电流，从而导致电动电流波纹较小和更准确的控制。电流波的高分辨率还意味着可以获得更好的正弦电流，这可以提高运动效率并降低运动加热。在ddition，增加的PWM传输频率可以降低直流总线电容器的大小和电容。对于用陶瓷电容器代替的电解电容器，需要解决的总线容量要求减少。伺服功率级FET通过PWM信号定期从总线电容器中吸收电流。当PWM频率增加时，每单位时间消耗的每个费用都会减少，这意味着降低所需的总线容量。根据TIDA-010936测试，在将PWM频率从20kHz增加到80kHz之后，可以用具有相等容量的陶瓷电容器代替电解电容器，以获得相似的总线电压涟漪。与电解电容器相比，陶瓷电容器具有明显的好处：尺寸较小，使用寿命更长，高频性能等。因此，在设计人形机器人时，应考虑较高的电流环和较高的PWM频率。对于MOSFET型伺服驱动器，增加了PWm传输频率可能会造成额外的额外损失，从而导致驱动器的极端热量。当传输频率从10kHz增加到20kHz时，MOSFET型驱动因素将一般损失增加20％至30％，这对于人形机器人来说是不可接受的。另外，GAN FET在高频移动方面的损失较低。在TIDA-010936测试中，板的损失约为40kHz和80kHz，因此GAN特别适合传输频率方案。图2 100KHz和10kHz PWM电动机电流还原gan损耗的转移可以由于GAN设备的性质而实现如此低的损失。 GAN设备的GATE（CG）和较小的输出电容（COSS）具有较小的G电容，这使MOSFET的移动速度达到了100倍。由于关闭时间和时间较短，可以在较短的范围（例如10-20NS）中控制死者的时间，而MOSFET通常需要几乎1US的死时间。死时间的短时可以减少M中的损失卵子。此外，GAN FET没有车身二极管，但是通过第三个象限操作实现了自由转轮函数。在具有高PWM频率的情况下，MOSFET主体的二极管将导致恢复恢复的重大损失（QRR损失）。象限的第三次操作还将防止人体二极管引起的移动节点振铃和EMI的风险，从而减少对高功率密度类人体机器人中其他设备的破坏。图3 TIDA-010936电路板在48V输入电压下的损失与三相输出电流之间的损失较小。人形机器人的关节空间有限。电源板通常是直径为5-10厘米的PCB环。此外，关节应包括摩托车，还原器，编码器甚至传感器。对于设计师而言，在有限的空间中实现增加强度和更稳定的电动机控制非常重要。与MOSFET相比，GAN具有较小的RSP（特定的抗性CE，与模具区域的大小进行比较），这意味着与具有相同RDSON的MOSFET相比，GAN的死亡面积较小。德州仪器（TI）通过合并栅栏和驱动器进一步减少了足迹。它允许4.4mΩ半色 +门驱动器，包装仅为4.5 x 5.5mm。 Larawan 4 LMG2100框图以LMG2100R026为例。该设备结合了半色的FET和半试验，以承受连续的55A电流。 Incorporating drivers with fets has many advantages, including: ● decreased gate ringing, making more reliable operations ● Decreased power loop inductance and optimized package size ● reduced size with integrated gate drivers ● Protected devices with integrated protection functionality to compare gan and mosfet in designs, Power-010936 and TIDA-01629 offer similar levels of power.如图5所示，由于栅极驱动器的整合，整个电源设备的芯片面积已减少了50％以上和gan rsp的减少。图5 GAN和MOSFET比较水平的摘要以及人形机器人的摘要，对控制准确性和功率密度的要求很高。 GAN可以在高损失较低的高PWM频率下更轻松，更高的电机控制精度。 GAN的高密度特性与Texas Instruments（TI）的组合驱动器相结合可以减小尺寸。由于这些优势，电机类型驱动程序可以成为人形机器人的首选设计，从而实现更好，更强，更智能的机器人设计。除类型机器人外，GAN技术也是其他类型的机器人（合作机器人，外科机器人，AGV），工业系统，家用电器和其他需要高电量密度的应用的理想选择。