Nguồn điện 48V cung cấp sức mạnh cho robot tương lai

48V là điện áp an toàn cao nhất

Theo Liên đoàn Robot Quốc tế, hay IFR (www.ifr.org), có gần 2,5 triệu robot công nghiệp được đưa vào khai thác sử dụng năm 2018 và con số này tăng lên hơn 400.000 robot mỗi năm. 

Các ngành công nghiệp ô tô và điện/điện tử chiếm hơn một nửa tổng số robot. Những ngành công nghiệp sản xuất kim loại và máy móc, nhựa và hóa chất, các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống sử dụng số lượng đáng kể robot. Khoảng 75% tổng số robot công nghiệp được triển khai ở Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc và Đức.

Ứng dụng nhanh chóng robot không chỉ giới hạn trong lĩnh vực công nghiệp. Từ năm 2018 đã có 250.000 robot dịch vụ chuyên nghiệp được triển khai, đây là mức tăng đáng kinh ngạc, 60% so với năm trước. 

Các nhà thiết kế đang phát triển nguồn điện 48V cho robot công nghiệp và dịch vụ, do 48V là điện áp an toàn cao nhất sử dụng phổ biến. Những giải pháp công nghệ nguồn điện 48V giảm nhu cầu bảo vệ hệ thống so với các thiết bị nguồn điện thông thường, giảm kích thước của dây dẫn so với dòng sản phẩm nguồn 12V, giảm trọng lượng, tổn thất điện năng và giá thành hệ thống. 

Những động cơ điện, sử dụng nguồn 48V có kích thước nhỏ hơn, cho phép các khớp robot nhỏ và nhẹ, tăng hiệu suất sử dụng, sự khéo léo và độ tin cậy cao, giảm trọng lượng và chi phí. Lợi thế này mở ra nhiều tiềm năng hơn cho ứng dụng robot trong quá trình tự động hóa tất cả các ngành công nghiệp.

Những ứng dụng hiện đại sử dụng nguồn 48V ngày càng phổ biến, đặc biệt trong lĩnh vực ô tô, nhanh chóng được ưa chuộng hơn 12V, trong lĩnh vực CNTT cho nhiều thiết bị trên bo mạch và điện toán đám mây, nơi điện nguồn 48V được sử dụng cho máy chủ, quạt làm mát và những ứng dụng liên quan đến viễn thông khác. 

Robot là hệ thống công nghệ phức tạp. Tùy thuộc vào ứng dụng và chức năng, như các kết nối, cảm biến hình ảnh, cảm biến vị trí và điều khiển động cơ. Ngoài ra, còn có những hệ thống phụ nguồn như chuyển đổi AC/DC, quản lý pin, chuyển đổi DC/DC, bộ chuyển đổi đa pha, chuyển đổi điểm-tải (PoL), điều chỉnh tuyến tính và trình điều khiển động cơ. Mỗi bộ phận, hệ thống đều yêu cầu một giải pháp hiệu quả để robot hoạt động như ý đồ thiết kế.

Sơ đồ khối bao gồm cả hệ thống điện của một robot điển hình. (Ảnh: ON Semiconductor)

Những giải pháp nguồn điện 48V cho robot

Nhiều ứng dụng robot hiện đại sử dụng giao tiếp và truyền dẫn bus 48V để vận chuyển điện năng xung quanh hệ thống. So với bus 12V điển hình, bus 48V chỉ có 1/16 tổn hao điện năng, sử dụng cáp mỏng hơn và nhẹ hơn. Đối với các robot cố định, nguồn 48V được cung cấp từ bộ chuyển đổi điện từ điện lưới, kết hợp với giao diện hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) bên ngoài. Robot di động, như máy bay không người lái và trợ lý chăm sóc y tế, sử dụng pin trên bo mạch được nạp định kỳ từ bộ chuyển đổi nguồn điện.

Rất ít thiết bị bán dẫn có thể hoạt động trực tiếp từ 48V, thường yêu cầu điện áp 5V đến mức điện áp dưới 1V. Bộ chuyển đổi PoL không cách ly đóng một vai trò quan trọng, chuyển đổi điện áp cao hơn đến mức vi mạch yêu cầu. Trong một số trường hợp, điện áp bus trung gian (12V) được tạo ra bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi bus trung gian (IBC), điều chỉnh yếu bởi bộ chuyển đổi PoL chuyển 12V thành điện áp cung cấp cho IC. Chuyển đổi một lần ngày càng được ưa chuộng và nhiều bộ chuyển đổi PoL hiện có chuyển đổi trực tiếp từ điện áp 48V sang điện áp cung cấp cho IC.

Kiến ​​trúc nguồn cho một robot yêu cầu phải hiệu quả và ổn định, đồng thời có mật độ năng lượng cao để robot có thể đủ nhỏ và nhanh nhẹn để thực hiện tốt những chức năng. Điều kiện then chốt là lựa chọn các thiết bị bán dẫn phù hợp để thực hiện các chức cung cấp năng năng lượng khác nhau trong robot.

Một trong những thiết bị phổ biến nhất được sử dụng trong hầu hết các giải pháp nguồn là transistor hiệu ứng trường kim loại (MOSFET) do Công ty bán dẫn ON Semiconductor phát triển. 

Đưa ứng dụng điện nguồn 48V cho phép các nhà thiết kế tạo ra các giải pháp điện năng hiệu suất cao cho các robot công nghiệp và dịch vụ, từ đó giảm thiểu khối lượng của máy, tăng độ linh hoạt và giảm giá thành sản phẩm.