很明顯，工業(yè)機器人和協(xié)作機器人（cobots）需要高功率密度和出色的散熱特性。隨著各種機器人系統(tǒng)從集中式架構向分散式（分布式）架構轉變，需要一種非常高效且超緊湊的 IC，允許將電機驅動器安裝在機器人手臂內。

使用集成的電機驅動器，驅動器和電機可以作為一個單元存儲，節(jié)省空間。此外，我們無需在機器人機柜和機械手之間鋪設長而昂貴的電纜，即可將電機連接到驅動器。

除了昂貴之外，電纜還需要定期維護。對于機器人連續(xù)運行的多軸系統(tǒng)尤其如此。此外，如果我們遇到與電纜相關的問題，排除故障可能需要一些時間，這可能會導致生產力下降。通過集成驅動器和電機，我們可以減少電纜數(shù)量，同時節(jié)省空間。

雖然集成驅動器和電機有很多優(yōu)勢，但熱設計提出了一項重要挑戰(zhàn)。驅動器的每個部分都暴露在較高的環(huán)境溫度下并且冷卻有限。結果，在這些溫度下提供額定功率變得更加困難。這種情況對驅動器的逆變器施加了嚴格的功率損耗限制，需要低損耗的高效驅動器。

兩種類型的驅動器可以幫助解決這些挑戰(zhàn)。第一種選擇是使用基于傳統(tǒng) IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的逆變器驅動。但由于二極管的反向恢復損耗，一般IGBT的損耗較大，不易與電機集成。開關損耗意味著散熱器需要更大并且液體需要冷卻，這使得與電機集成幾乎是不可能的。 

第二個更好的選擇是使用 GaN FET（氮化鎵場效應晶體管）。TI 的產品系列由各種具有內置柵極驅動器的 GaN FET 和各種 GaN 功率器件組成，有助于在其整個生命周期內提供可靠且經(jīng)濟高效的解決方案。GaN 晶體管的開關速度比硅 MOSFET（場效應晶體管）快得多，因此減少開關損耗的機會更大，因此散熱更少。采用 GaN 晶體管還可以降低散熱器、風扇及其組件等組件的系統(tǒng)成本和尺寸。如果空間有限，例如機器人手臂，這一點尤其重要。

添加 GaN 功率器件也帶來了集成挑戰(zhàn)。但是，我們可以通過選擇將 GaN FET 與內部硅柵極驅動器和保護相結合的產品來簡化此任務?！?nbsp;LMG3422R030 ”就是一個例子。

LMG342xR030 GaN FET 具有集成驅動器和保護功能，可讓設計人員在電力電子系統(tǒng)中實現(xiàn)更高水平的功率密度和效率。

LMG342xR030 集成了一個硅驅動器，可實現(xiàn)高達 150V/ns 的開關速度。與分立式硅柵極驅動器相比，TI 的集成精密柵極偏置可實現(xiàn)更高的開關 SOA。這種集成特性與 TI 的低電感封裝技術相結合，可在硬開關電源拓撲中提供干凈的開關和超小的振鈴?？烧{柵極驅動強度允許將壓擺率控制在 20V/ns 至 150V/ns 之間，這可用于主動控制 EMI 并優(yōu)化開關性能。 LMG3425R030 包含理想二極管模式，該模式通過啟用自適應死區(qū)時間控制來降低第三象限損耗。

高級電源管理功能包括數(shù)字溫度報告和故障檢測。GaN FET 的溫度通過可變占空比 PWM 輸出進行報告，這可簡化器件加載管理。報告的故障包括過熱、過流和 UVLO 監(jiān)控。

LMG3422R030專為具有高功率密度的工業(yè)機器人和電機驅動系統(tǒng)而設計，可調節(jié)用于EMI（電磁干擾）控制，具有柵極驅動強度和過熱/過流保護等功能，并具有故障通知功能。

機器人控制器還具有數(shù)量靈活的模擬 I/O 模塊，具有隔離的電源和信號路徑。隨著通道數(shù)量的增加和封裝變得更小，現(xiàn)有的隔離式開關拓撲需要改進。

即使在反激式穩(wěn)壓器等傳統(tǒng)設計中，添加同步整流也可以提高效率。

雖然可以實現(xiàn)超過 90% 的效率，但與傳統(tǒng)的反激式設計相比，使用同步整流增加了復雜性和成本。同步整流通常需要變壓器次級側的同步整流控制器和初級側反激控制器的光耦合器反饋。

在這種情況下，像LM25184這樣的反激式轉換器可能是解決方案。該產品使用初級側調節(jié) (PSR)，不需要光耦合器或輔助變壓器繞組用于反饋應用。LM25184 可在寬負載范圍內實現(xiàn) 90% 的效率，并采用增強散熱、超薄、4mm x 4mm 小外形無引線 (SON) 封裝。承受 42V 的最大輸入電壓，有足夠的余量來處理標準 24V 工業(yè)總線上發(fā)生的瞬變。

處理工廠自動化應用中的電源問題是一項復雜的任務。某些應用需要產品要求，例如在繁忙的工廠環(huán)境中正常運行、存儲在可用空間中、符合 EMI 要求以及對人和機器的防護。