協作機器人作為工業機器人領域的重要分支，近年來在全球范圍內迅速崛起。它憑借靈活性強、安全性高、操作簡易等優勢，廣泛應用于汽車、醫療、制造業等眾多領域，成為推動工業自動化和智能化發展的重要組成部分。

一、什么是協作機器人？

智能機器人的全面升級，是新一輪工業革命的重要內容。但在某些產品領域與生產線，人力操作仍不可或缺。比如裝配高精度的零部件、對靈活性要求較高的密集勞動，需要協作機器人與人在生產線上協同作戰，充分發揮機器人的效率及人類的智能。這種機器人相比傳統的工業機器人，不僅性價比高，而且安全方便，能夠極大地促進制造企業的發展 。

協作機器人具有以下主要特點：

? 輕量化：使機器人更易于控制，提高安全性。

? 友好性：保證機器人的表面和關節是光滑且平整的，無尖銳的轉角或者易夾傷操作人員的縫隙。

? 感知能力：能感知周圍的環境，并根據環境的變化改變自身的動作行為。

? 人機協作：具有敏感的力反饋特性，當達到已設定的力時會立即停止，在風險評估后可不需要安裝保護欄，使人和機器人能協同工作。

傳統工業機器人與協作機器人的特點對比如下：

表1. 傳統工業機器人與協作機器人的對比

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二、協作機器人電機驅動供電系統趨勢

根據應用和功能的不同，機器人含許多功能元素，包括聯接、圖像感知、位置感測和電機控制等。還有許多不同的電源子系統，包括AC-DC轉換、電池管理、DC-DC轉換、多相轉換器、傳感器和電機驅動器。其中，電機驅動系統是協作機器人的核心組件，主要負責精準控制關節運動并提供動力支持。

協作機器人應用框圖

電機驅動系統一直以來是以12V市場為主。48V系統之所以流行起來，是因為該電壓是通用的最高安全電壓。與主電源供電的設備相比，硬件工程師可省去系統保護設計，可縮小產品的尺寸（與12V供電產品相比），從而減少重量、成本和功率損耗。直接由48V供電的電機通常比較小，在機器人應用中，可支持更小和更輕的接頭，從而提高機器能效、靈巧性和可靠性，同時減輕重量和成本。為機器人應用開辟更多潛在的機會，進而提高工業自動化的水平。

表2. 協作機器人電機驅動電壓等級對比表

三、 48V電機驅動供電系統電感選型

電感器作為48V電機驅動供電系統的重要元器件之一，主要用于DC-DC 轉換器（如 Buck、Boost、Buck-Boost 電路）中，其作用涵蓋能量存儲、濾波、抑制干擾及保障系統穩定運行等多個方面。合理選型低損耗、高飽和電流的大電流電感器可顯著提升系統效率和穩定性。同時，電感具備較強的EMI抑制功能，可以降低DC-DC開關噪聲對其他敏感電路的干擾。

在48V電機驅動供電系統中，電感器的性能直接影響系統的穩定性、效率和可靠性。因此，電感器的選型對于硬件工程師來說至關重要，需綜合考慮電感值、飽和電流、直流電阻、工作頻率等參數，缺一不可。

1. 電感值（Inductance）

電感值是電感器最基本的參數之一，表示電感器儲存磁能的能力。它決定了電路中的紋波電流大小以及能量存儲能力。在48V電機驅動供電系統中，合適的電感值能夠有效平滑電流紋波，提高供電系統穩定性。

2. 飽和電流（Saturation Current）

飽和電流是指當通過電感器的直流電流達到一定值時，其磁芯開始進入飽和狀態。磁飽和會導致磁芯喪失儲存能量的能力，從而影響系統穩定運行。

對于如何選擇合適的飽和電流規格，主要基于負載需求和降額設計。選型時應優先選擇飽和點較高且溫度穩定性良好的磁性材料（如鐵氧體或軟磁合金）。此外，可考慮一體成型結構的電感器，以減少漏磁并提高抗飽和能力。

3. 直流電阻（DCR）

DCR越低，通入直流時產生的功耗越小，從而提高整體效率。在選型時，應優先選擇具有低DCR特性的產品，同時確保其體積與功率密度設計相匹配。例如，在緊湊型設計中，可考慮采用扁平線一體成型結構以實現低DCR與高功率密度的平衡。

4. 工作頻率（Operating Frequency）

隨著寬禁帶半導體（如 SiC、GaN）的普及，開關頻率將進一步提升至 MHz 級，電感向高頻化、小體積、大電流方向發展，以適應更高功率密度的需求。在高頻條件下，傳統磁性材料可能無法滿足需求，會加劇磁芯損耗帶來的發熱等問題。因此，選擇高頻應用的電感器是保證系統穩定運行的關鍵。

四、科達嘉電感解決方案

科達嘉通過自主研發和技術創新，為協作機器人48V電機驅動供電系統提供了多種適配的電感解決方案，助力工業自動化發展。公司推出了大電流電感、一體成型電感、貼片功率電感等多個類別、多個型號產品，提供不同的電氣特性，滿足該系統對電感器的高性能需求。

1. 大電流電感（High Current Power Inductor）

大電流電感采用金屬磁粉芯+扁平線繞組設計，具有高飽和電流、低損耗、高轉換效率、高工作溫度等特點，滿足48V電機驅動供電系統高工作電流、低損耗、高功率密度等需求。

2. 一體成型電感（Molding Power Choke）

一體成型電感采用低損耗磁粉芯材料壓鑄成型，具有全屏蔽結構、抗電磁干擾性能強、低直流電阻、大電流、低磁芯損耗等特點，滿足48V電機驅動供電系統對電感小體積、大電流、抗電磁干擾性能等需求。

3. 貼片功率電感（SMD Power Inductor）

貼片功率電感采用高頻低損耗磁芯材料，高頻損耗低；小體積，適合高密度貼裝；磁屏蔽結構設計，抗電磁干擾能力強。

不同種類的電感器有各自的性能優勢。在設計48V電機驅動供電系統時，需要根據實際情況選擇合適的電感類型和參數，以達到性能、體積和成本的平衡。

審核編輯 黃宇