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人形机器人

利用英飞凌人形机器人解决方案（例如紧凑型节能电机控制和带有 EtherCAT ®的 MCU）为人类设计下一个巨大飞跃

概述

随着劳动力成本上升和劳动力短缺、人口老龄化、人工智能和物联网趋势的日益普及以及机器人制造成本的下降，人形机器人将在人类文明的未来发挥关键作用。英飞凌紧凑型机器人电机控制解决方案组合具有软件支持、传感、连接、安全、HMI、配电、BMS 等功能，可帮助您将未来变为现实。

产品优势

  • 简化电机控制的软件
  • 面向未来的解决方案，包括：氮化镓
  • 精确而坚固的传感器
  • 高效电机控制
  • 极其紧凑的电机控制
  • 延长电池寿命
  • 广泛的解决方案组合
  • 集成 EtherCAT ®节点的 MCU
  • 专为电机控制而设计的 MCU
  • 大量电源套件可供选择
  • 强大的安全解决方案
  • 边缘 AI 就绪 MCU

框图

关于

用于电机控制的灵活功率 MOSFET 和栅极驱动器

当您从英飞凌采购电机控制开关时，您将受益于数十年的专业知识以及最广泛的产品组合。从一系列电源包、资格、电压等级、分类、参数、RDS(on) 等中进行选择。

使用可扩展电源块 (SPB) 格式的OptiMOS™ 6 40 V 双 N 通道 MOSFET 降低 BOM 成本并提高功率密度，提供标准或双面冷却。 该技术将两个 5x6 电源封装合二为一，从而大幅节省电路板空间。

当空间成为更重要的因素时，例如人形机器人手中的 24 V 电机控制，采用行业标准 40mm2 SO-8 封装的OptiMOS™双功率 MOSFET 30 V 和 40 V 是完美的选择，可为电路设计提供更大的灵活性并降低 BOM 成本。

有更高的电力需求吗？研究采用 TOLL（TO-无引线）和 TOLT（顶部冷却的 TO-引线）封装的OptiMOS™功率 MOSFET。 TOLL 封装产品具有更高的功率密度，而 TOLT 产品具有出色的热性能，因此最大限度地减少了散热器的热阻。

OptiMOS™ 和 StrongIRFET™ 功率 MOSFET
高效 GaN 解决方案，适用于紧凑而强大的电机控制

人形机器人所需的马达比以往任何机器人设计都要多。因此，人形机器人的单或双 BLDC 电机控制解决方案必须具有高能效和极高的功率密度。

基于 GaN 的电机驱动器与 FOC 和适配 MCU 相结合，可提供卓越的效率和性能、更高的功率密度、更少的电机损耗和高速切换。这种新的电机控制方法提供了一系列好处，例如无需使用笨重的电解电容器、减小尺寸并提高可靠性。将逆变器集成在电机底盘内，无需逆变器散热器，同时减少每个关节/轴的布线并简化 EMC 设计。更高的控制频率也改善了动态响应。基于 GaN 的高开关频率电机控制设计还可以在紧凑密封的外壳中实现更高的功率，并在高频下提供卓越的性能，进一步提高系统效率（逆变器和电机损耗），并提供更低的工作温度。

英飞凌的 GaN 电机控制解决方案使设计人员能够灵活地实现更简单、更小尺寸、更轻、更高效的系统。

REF_MTR_48V30A_GAN
CoolGaN ™
功能强大的 MCU，适用于尖端人形机器人电机控制

在人形机器人中实现运动控制是一项复杂的挑战。英飞凌为该领域提供了多种引人注目的 MCU 选择。

由于人形机器人中有大量系统同时运行，特别是各种电机，因此有效的相互通信是必要的。这就是 EtherCAT ®协议以其高速、低延迟、确定性通信能力发挥作用的地方。英飞凌基于Arm® Cortex® -M4F 的 XMC4300 和 XMC4800 系列 MCU 除其他功能外，还包括集成的 EtherCAT ®节点，这意味着无需专用的 EtherCAT ® ASIC、外部存储器或石英钟发生器，从而节省了 BOM 成本和 PCB 空间，这两者都是人形机器人市场中关键的设计考虑因素。

另一方面，基于PSoC™ -M33 的英飞凌 Control C3MArm®Cortex® 是专为电机控制设计的 MCU 系列。凭借一流的模拟传感和 PWM 定时器，可以实现更高频率的 PWM 驱动器，这意味着 GaN 的实现已解锁。高采样频率还意味着更快的控制回路，从而改善 FOC 电机动态响应。

这两种解决方案都具有强大、专用的 IDE，以便于更轻松地实施。

集成 EtherCAT ®节点的 XMC4300/4800 MCU
PSoC™控制 C3M MCU
适用于人形机器人的精确高效的传感器解决方案

为了使人形机器人能够在为人类建造的世界中执行复杂的任务并保持能源效率，需要大量的传感器系统。

英飞凌混合飞行时间 (hToF) 解决方案使人形机器人能够以与人类截然不同的方式观察世界。该技术将单个英飞凌REAL3™ 3D 图像 ToF 传感器与点照明和泛光照明相结合，使机器人能够使用 SLAM（精确房间地图绘制和智能导航）、避开障碍物、检测悬崖等。 这一技术飞跃比其他替代技术（例如难以应对明亮阳光的结构光和难以在黑暗和重复纹理中处理的立体视觉）具有显著优势。

电机运行还需要强大的传感器来确保效率和安全。无论任务是什么，英飞凌都能为您提供合适的XENSIV™传感器，包括我们广泛的高带宽电流传感器、极小尺寸的 3D 磁传感器、用于低分辨率转子位置传感的极低电流消耗霍尔效应传感器以及用于更高分辨率的全 360° iGRM 角度传感器。

REAL3™3D ToF 成像传感器
XENSIV™传感器
BMS 解决方案使您的人形机器人安全、可靠

在执行任务的过程中，人形机器人每天都会与人类近距离接触并互动，包括在老年人护理、制造和援助方面。因此，它们必须安全、可靠且极其可靠，同时保持节能以延长电池寿命和运行时间。易于更换且可快速充电的电池组也是常见的考虑因素。

凭借广泛的先进产品组合，英飞凌的人形机器人 BMS 解决方案能够满足这些要求以及更多要求。

当您从高品质功率分立器件领域的领导者处获取 BMS 保护时，确保平衡 MOSFET、保护 MOSFET 和高端栅极驱动器的真正可靠性。

采用 TQFP-48 和 TQFP-80 封装的多通道电池监控和平衡 IC TLE9012DQU（12 芯）和 TLE9018DQU（18 芯）确保安全。这些设备具有高精度电压测量功能，可以实现可靠、精确的电池单元监控，从而实现高精度的 SoC 和 SoH。

致力于通过PSoC™和 XMC7000 低功耗 40nm MCU 实现安全保障。 这些 MCU 可轻松处理 BMS 控制任务并具有内置安全性。

人形机器人的电源分配和管理

人形机器人不仅是迄今为止最大的机器人之一，而且也是最复杂的机器人之一。当系统从头到脚运行时，将适量的电力输送到正确的位置是一项重要的工作。这就是英飞凌配电和管理解决方案的作用所在，它为高度安全、高效的配电和管理提供高质量的解决方案。

从高质量 MCU、LDO、CAN 收发器、集成功率级、降压稳压器控制 IC、SPI 电源控制器和数字多相控制器的产品组合中进行选择，以完成这一关键系统的设计。

用于电机控制的灵活功率 MOSFET 和栅极驱动器

当您从英飞凌采购电机控制开关时，您将受益于数十年的专业知识以及最广泛的产品组合。从一系列电源包、资格、电压等级、分类、参数、RDS(on) 等中进行选择。

使用可扩展电源块 (SPB) 格式的OptiMOS™ 6 40 V 双 N 通道 MOSFET 降低 BOM 成本并提高功率密度，提供标准或双面冷却。 该技术将两个 5x6 电源封装合二为一，从而大幅节省电路板空间。

当空间成为更重要的因素时，例如人形机器人手中的 24 V 电机控制，采用行业标准 40mm2 SO-8 封装的OptiMOS™双功率 MOSFET 30 V 和 40 V 是完美的选择，可为电路设计提供更大的灵活性并降低 BOM 成本。

有更高的电力需求吗？研究采用 TOLL（TO-无引线）和 TOLT（顶部冷却的 TO-引线）封装的OptiMOS™功率 MOSFET。 TOLL 封装产品具有更高的功率密度，而 TOLT 产品具有出色的热性能，因此最大限度地减少了散热器的热阻。

OptiMOS™ 和 StrongIRFET™ 功率 MOSFET

高效 GaN 解决方案，适用于紧凑而强大的电机控制

人形机器人所需的马达比以往任何机器人设计都要多。因此，人形机器人的单或双 BLDC 电机控制解决方案必须具有高能效和极高的功率密度。

基于 GaN 的电机驱动器与 FOC 和适配 MCU 相结合，可提供卓越的效率和性能、更高的功率密度、更少的电机损耗和高速切换。这种新的电机控制方法提供了一系列好处，例如无需使用笨重的电解电容器、减小尺寸并提高可靠性。将逆变器集成在电机底盘内，无需逆变器散热器，同时减少每个关节/轴的布线并简化 EMC 设计。更高的控制频率也改善了动态响应。基于 GaN 的高开关频率电机控制设计还可以在紧凑密封的外壳中实现更高的功率，并在高频下提供卓越的性能，进一步提高系统效率（逆变器和电机损耗），并提供更低的工作温度。

英飞凌的 GaN 电机控制解决方案使设计人员能够灵活地实现更简单、更小尺寸、更轻、更高效的系统。

REF_MTR_48V30A_GAN
CoolGaN ™

功能强大的 MCU，适用于尖端人形机器人电机控制

在人形机器人中实现运动控制是一项复杂的挑战。英飞凌为该领域提供了多种引人注目的 MCU 选择。

由于人形机器人中有大量系统同时运行，特别是各种电机，因此有效的相互通信是必要的。这就是 EtherCAT ®协议以其高速、低延迟、确定性通信能力发挥作用的地方。英飞凌基于Arm® Cortex® -M4F 的 XMC4300 和 XMC4800 系列 MCU 除其他功能外，还包括集成的 EtherCAT ®节点，这意味着无需专用的 EtherCAT ® ASIC、外部存储器或石英钟发生器，从而节省了 BOM 成本和 PCB 空间，这两者都是人形机器人市场中关键的设计考虑因素。

另一方面，基于PSoC™ -M33 的英飞凌 Control C3MArm®Cortex® 是专为电机控制设计的 MCU 系列。凭借一流的模拟传感和 PWM 定时器，可以实现更高频率的 PWM 驱动器，这意味着 GaN 的实现已解锁。高采样频率还意味着更快的控制回路，从而改善 FOC 电机动态响应。

这两种解决方案都具有强大、专用的 IDE，以便于更轻松地实施。

集成 EtherCAT ®节点的 XMC4300/4800 MCU
PSoC™控制 C3M MCU

适用于人形机器人的精确高效的传感器解决方案

为了使人形机器人能够在为人类建造的世界中执行复杂的任务并保持能源效率，需要大量的传感器系统。

英飞凌混合飞行时间 (hToF) 解决方案使人形机器人能够以与人类截然不同的方式观察世界。该技术将单个英飞凌REAL3™ 3D 图像 ToF 传感器与点照明和泛光照明相结合，使机器人能够使用 SLAM（精确房间地图绘制和智能导航）、避开障碍物、检测悬崖等。 这一技术飞跃比其他替代技术（例如难以应对明亮阳光的结构光和难以在黑暗和重复纹理中处理的立体视觉）具有显著优势。

电机运行还需要强大的传感器来确保效率和安全。无论任务是什么，英飞凌都能为您提供合适的XENSIV™传感器，包括我们广泛的高带宽电流传感器、极小尺寸的 3D 磁传感器、用于低分辨率转子位置传感的极低电流消耗霍尔效应传感器以及用于更高分辨率的全 360° iGRM 角度传感器。

REAL3™3D ToF 成像传感器
XENSIV™传感器

BMS 解决方案使您的人形机器人安全、可靠

在执行任务的过程中，人形机器人每天都会与人类近距离接触并互动，包括在老年人护理、制造和援助方面。因此，它们必须安全、可靠且极其可靠，同时保持节能以延长电池寿命和运行时间。易于更换且可快速充电的电池组也是常见的考虑因素。

凭借广泛的先进产品组合，英飞凌的人形机器人 BMS 解决方案能够满足这些要求以及更多要求。

当您从高品质功率分立器件领域的领导者处获取 BMS 保护时，确保平衡 MOSFET、保护 MOSFET 和高端栅极驱动器的真正可靠性。

采用 TQFP-48 和 TQFP-80 封装的多通道电池监控和平衡 IC TLE9012DQU（12 芯）和 TLE9018DQU（18 芯）确保安全。这些设备具有高精度电压测量功能，可以实现可靠、精确的电池单元监控，从而实现高精度的 SoC 和 SoH。

致力于通过PSoC™和 XMC7000 低功耗 40nm MCU 实现安全保障。 这些 MCU 可轻松处理 BMS 控制任务并具有内置安全性。

人形机器人的电源分配和管理

人形机器人不仅是迄今为止最大的机器人之一，而且也是最复杂的机器人之一。当系统从头到脚运行时，将适量的电力输送到正确的位置是一项重要的工作。这就是英飞凌配电和管理解决方案的作用所在，它为高度安全、高效的配电和管理提供高质量的解决方案。

从高质量 MCU、LDO、CAN 收发器、集成功率级、降压稳压器控制 IC、SPI 电源控制器和数字多相控制器的产品组合中进行选择，以完成这一关键系统的设计。

文档

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