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自主無線充電提高機器人隊伍的生產力

以下是摘自 Lee Teschler 在 Power Electronic Tips 上發表的文章《自主無線充電讓機器人不間斷工作》的摘要。

WiBotic charging station

Vicor 升降壓穩壓器爲移動機器人無線充電站高效供電

物流、配送與檢驗行業對移動機器人隊伍的依賴程度越來越高。這些機器人隊伍現已變得非常龐大,因此其用戶正試圖找到不依賴人工干預的充電方法。

WiBotic drone image

在 WiBotic 充電平台上着陸的空中無人機。當接收器靠近電源發射器時,WiBotic 充電系統會自動進行感應充電,對於有些情況,比如當接收器離電源發射器有一段距離時,它會自動進行磁共振充電。

如何爲機器人無線充電

爲機器人充電過程實現自動化的一種方法就是使用 WiBotic 開發的無線充電站。其方法是在機器人平台中構建無線充電硬件。充電硬件會在感應到電池需要充電時,讓機器人前往充電站。機器人以發射線圈和接收線圈對齊的方式將自行定位到充電站附近,進行電力傳輸。

WiBotic 技術通過名爲自適應匹配的系統將感應及共振系統全部整合。它不僅可不斷監控天線的相對定位,而且還可動態調節硬件及固件參數,以在水平垂直方向及角度偏移幾釐米時維持最大能量傳輸效率。嵌入式識別與通信系統可讓任何機器人通過任何位置充電,即使機器人有不同的電池化學性質、電壓與充電速率也沒問題。

優化機器人正常運行時間

WiBotic 充電器必須仔細管理充電模式,以便在不因反覆快速充電而降低電池質量的同時,優化正常運行時間。此外,充電週期和功率級(從快速充電的 300W 到涓流充電的 100mW )的這一變化也需要匹配各種阻抗的供電架構。

爲高效適應不同的負載,WiBotic 使用了 Vicor 零電壓開關 (ZVS) 升降壓 PRM 穩壓器。其拓撲可實現高開關頻率(大約 1MHz)。高開關頻率可縮小儲能器件(電感、電容)的尺寸,實現高達 1,383W/in3 的功率密度。Vicor 穩壓器可集成在 WiBotic TR-110 無線充電站上的 RF 發射器中。48V 輸入(穩壓器輸入電壓範圍在36–75VDC之間)由 AC-DC 電源提供。輸出電壓不僅可動態控制,而且還可根據需要在大約 20V 至 55V 之間調整。

TR-110 wireless charging station PCB

在 TR-110 無線充電站 PCB 上可以看到爲板載 RF 放大器散熱的風扇。Vicor 表面貼裝 PRM(不可見)位於風扇氣流之外。

Vicor PRM™ 可在較低功率級下執行“全面充電”和“涓流充電”模式,無明顯下降,這是打敗同類競爭電源組件的重要性能基準。此外,它還支持需要恆壓才能實現 100% 充電的“充滿關閉”模式。高效率轉換實現了 45°C 的最高工作溫度。TR-110 無線充電站採用主動式散熱將熱量從板載的 RF 放大器中散出,但 Vicor 表面貼裝的 PRM 位於風扇氣流之外。

此外,Vicor PRM 模組的零電壓開關特性也最大程度減少了 EMI/噪聲難題,並在不需額外濾波器的情況下符合傳導發射/EMC 的需求。

PRM 的緊湊尺寸有助於實現輕量級的小巧機載充電器,其可延長工作週期,對於機載產品而言,更是如此。對於固定的無線充電站而言,高密度的供電架構最終有助於在部署環境中節省寶貴的空間。

PRM 採用 1.28 x 0.87 x 0.249 英寸[32.5 x 22.0 x 6.31 毫米]的表面貼裝封裝,與標準貼裝及表面貼裝裝配工藝兼容。此外,它還提供平面散熱區域,可提高導熱性能。

PRM family picture

PRM™ 穩壓器

在 Power Electronic Tips 上 閱讀全文,於 2020 年 9 月 20 日發表。

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