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機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于智能化與電氣化融合的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。從工業(yè)機(jī)器人到協(xié)作機(jī)器人，再到個(gè)人與服務(wù)型機(jī)器人，電源架構(gòu)的演進(jìn)成為提升性能與可靠性的核心因素。

48V供電系統(tǒng)因其安全、高效、低損耗等特性，正逐步取代傳統(tǒng)的12V架構(gòu)，成為各種機(jī)器人設(shè)計(jì)的新標(biāo)準(zhǔn)，這改變了機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)邏輯，也推動(dòng)整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化與升級(jí)。

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機(jī)器人產(chǎn)業(yè)和電源系統(tǒng) 

機(jī)器人技術(shù)的崛起，是第四次工業(yè)革命的重要組成部分。根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）的數(shù)據(jù)，截至2018年，全球工業(yè)機(jī)器人部署量接近250萬(wàn)臺(tái)，并以每年超過(guò)40萬(wàn)臺(tái)的速度增長(zhǎng)。

汽車(chē)和電氣電子行業(yè)是最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，占據(jù)總量的一半以上，其次是金屬加工、塑料、化工以及食品飲料行業(yè)。約75%的工業(yè)機(jī)器人部署集中在中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)和德國(guó)，顯示出高度的地域集中度和產(chǎn)業(yè)成熟度。

服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)也在快速增長(zhǎng)。專(zhuān)業(yè)服務(wù)機(jī)器人主要用于制造業(yè)和物流環(huán)節(jié)。個(gè)人與家用機(jī)器人也呈現(xiàn)同樣的增長(zhǎng)速度，主要應(yīng)用于吸塵、教育及研究領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模與社會(huì)滲透率快速提升。

在這一進(jìn)程中，電源架構(gòu)的創(chuàng)新成為機(jī)器人進(jìn)化的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的機(jī)器人供電系統(tǒng)普遍采用12V直流供電方式，雖然簡(jiǎn)單可靠，但在能效密度、系統(tǒng)重量及成本控制方面逐漸暴露出限制。隨著機(jī)器人朝著更高的集成度、更輕的結(jié)構(gòu)和更強(qiáng)的靈活性發(fā)展，48V系統(tǒng)開(kāi)始取代12V架構(gòu)，成為行業(yè)新趨勢(shì)。

48V電壓被認(rèn)為是通用的最高安全電壓，既能減少高壓帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，又能顯著提升功率傳輸效率。與12V系統(tǒng)相比，48V可使導(dǎo)體尺寸縮小四分之一，功率損耗降低至原來(lái)的1/16，從而帶來(lái)顯著的重量與能效優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于需要高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和長(zhǎng)續(xù)航的協(xié)作機(jī)器人而言，這意味著更小的電機(jī)、更輕的關(guān)節(jié)以及更高的系統(tǒng)可靠性。

48V架構(gòu)的普及不僅得益于機(jī)器人行業(yè)的需求推動(dòng)，也受益于其他領(lǐng)域的成熟經(jīng)驗(yàn)。

◎ 在汽車(chē)工業(yè)中，48V系統(tǒng)已廣泛用于啟停系統(tǒng)、電動(dòng)壓縮機(jī)和電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；

◎ 在數(shù)據(jù)中心與云計(jì)算設(shè)備中，48V直流母線成為服務(wù)器背板與散熱系統(tǒng)的主流供電方案。

這些領(lǐng)域的規(guī)�；瘧�(yīng)用，使48V電源模塊、轉(zhuǎn)換器、功率芯片與磁性元件的供應(yīng)鏈成熟化，為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)提供了可靠且具成本競(jìng)爭(zhēng)力的方案。

02

48V機(jī)器人驅(qū)動(dòng)架構(gòu)與關(guān)鍵元件

協(xié)作機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人的重要分支，憑借靈活、安全與易操作等特性，迅速在汽車(chē)制造、醫(yī)療、電子裝配等領(lǐng)域普及，是封閉生產(chǎn)線中的“隔離設(shè)備”，而是與人類(lèi)并肩協(xié)作的“智能伙伴”。

這種機(jī)器人需要具備高精度感知、高動(dòng)態(tài)控制以及實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，對(duì)電源系統(tǒng)的能效與穩(wěn)定性提出更高要求。

協(xié)作機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是其核心組成部分，負(fù)責(zé)將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為精準(zhǔn)的機(jī)械動(dòng)作。

該系統(tǒng)通常包含多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、DC-DC電源轉(zhuǎn)換、電流檢測(cè)、電感濾波與電池管理等模塊。在過(guò)去，12V架構(gòu)下的系統(tǒng)往往因電流過(guò)大而帶來(lái)導(dǎo)線發(fā)熱、效率下降等問(wèn)題。

48V電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的引入，使工程師能夠減小電纜尺寸、降低發(fā)熱損耗，并簡(jiǎn)化系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)，從而提升整體能效與集成度。

在電源架構(gòu)上，現(xiàn)代協(xié)作機(jī)器人多采用48V總線系統(tǒng)。

◎ 固定式機(jī)器人通常通過(guò)市電供電，經(jīng)功率因數(shù)校正（PFC）電路后轉(zhuǎn)換為48V直流；

◎ 而移動(dòng)機(jī)器人如物流AGV、巡檢機(jī)器人或護(hù)理助手，則使用48V電池系統(tǒng)供電，通過(guò)定期充電維持運(yùn)行。

對(duì)于半導(dǎo)體元件而言，大多數(shù)邏輯電路和傳感模塊無(wú)法直接承受48V電壓，因此需要通過(guò)降壓轉(zhuǎn)換器（DC-DC）將其降低至5V甚至更低的電平。

當(dāng)前的主流方案有兩種：

◎ 一是采用中間總線架構(gòu)（Intermediate Bus Architecture），先將48V降至12V，再通過(guò)Point-of-Load（PoL）轉(zhuǎn)換器輸出至各模塊；

◎ 二是采用單級(jí)降壓方案，直接從48V轉(zhuǎn)換至目標(biāo)電壓。

后者由于減少了能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、提升了系統(tǒng)效率，逐漸成為高性能機(jī)器人設(shè)計(jì)的優(yōu)選。

電感器作為48V電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，其性能直接影響整個(gè)供電鏈的穩(wěn)定性與能效。

高飽和電流、低直流電阻、低損耗的電感設(shè)計(jì)能夠顯著降低DC-DC轉(zhuǎn)換器的熱損耗，并抑制高頻開(kāi)關(guān)噪聲對(duì)圖像感知、位置傳感等敏感模塊的電磁干擾。針對(duì)高頻開(kāi)關(guān)場(chǎng)景，采用鐵粉芯、合金粉芯等材料的電感器已成為主流選擇。

48V系統(tǒng)在協(xié)作機(jī)器人中的推廣，也為模塊化與可維護(hù)性提供了新的可能。

例如，借鑒云計(jì)算設(shè)備中的eFuse設(shè)計(jì)，機(jī)器人可在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)模塊級(jí)電源保護(hù)與熱插拔，提升可靠性與可擴(kuò)展性。這種架構(gòu)使機(jī)器人能夠根據(jù)不同任務(wù)動(dòng)態(tài)切換工具端模塊（如夾爪、焊槍、攝像頭等），而無(wú)需復(fù)雜的系統(tǒng)重啟與重構(gòu)。

小結(jié)

從工業(yè)機(jī)器人到協(xié)作機(jī)器人，再到未來(lái)的智能服務(wù)機(jī)器人，電源技術(shù)的革新正在重塑整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，48V系統(tǒng)不在性能、安全性和成本之間實(shí)現(xiàn)平衡，更成為機(jī)器人能效提升與結(jié)構(gòu)輕量化的重要支撐。 

       原文標(biāo)題 : 48V技術(shù)是如何推動(dòng)機(jī)器人的迭代？