制造業(yè)與服務(wù)業(yè)對(duì)自動(dòng)化需求的日益增長(zhǎng)正推動(dòng)人形機(jī)器人的快速發(fā)展。隨著自由度（DOF）的增加及對(duì)環(huán)境響應(yīng)速度的提升，人形機(jī)器人已變得更加復(fù)雜精密，從而能更逼真地模擬人類動(dòng)作。更高自由度意味著人形機(jī)器人需要更多電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，而電感在人形機(jī)器人的電機(jī)控制、電源管理、信號(hào)處理系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用。

一、電感器在人形機(jī)器人中的主要應(yīng)用

電感器在人形機(jī)器人中主要應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源管理和信號(hào)處理等方面。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)：市面上高端人形機(jī)器人通常擁有40-50個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)，這些電機(jī)決定了機(jī)器人的自由度與靈活性。電感器通過(guò)儲(chǔ)能、平滑電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，助力人形機(jī)器人電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、姿態(tài)調(diào)整與動(dòng)態(tài)平衡。電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置和大功率負(fù)載需電感器具備高飽和電流特性，并有大電流承載能力，以應(yīng)對(duì)瞬時(shí)電流波動(dòng)。同時(shí)要低損耗，以提升系統(tǒng)效率，延遲續(xù)航時(shí)間。

電源管理：電感器是電源管理系統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器（如Buck、Boost電路）的核心元件，其為AI處理器、傳感器、通信模塊等提供不同電壓的穩(wěn)定電源，優(yōu)化能量分配與轉(zhuǎn)換效率。要求低直流電阻（DCR）、高轉(zhuǎn)換效率以減少功率損耗，并具備高飽和電流和良好的溫度穩(wěn)定性。

信號(hào)處理：在信號(hào)處理系統(tǒng)中，電感器主要用于抑制高頻噪聲和EMI，確保信號(hào)的純凈度。例如，在感知系統(tǒng)，助力實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人對(duì)外界環(huán)境的感知與交互反饋。在通信與控制系統(tǒng)中，電感器通過(guò)采用EMI設(shè)計(jì)，確保雷達(dá)、攝像頭、無(wú)線通訊等模塊的抗干擾能力，提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。

圖1人形機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)主要位置（圖片來(lái)源于TI）

二、人形機(jī)器人對(duì)電感器的需求

人形機(jī)器人電子系統(tǒng)復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)控制和可靠的通信，離不開電感器等基礎(chǔ)元器件的支撐。而人形機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn)也決定了其對(duì)電感器產(chǎn)品性能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高要求。其要求主要如下：

１、小型化與高功率密度
人形機(jī)器人內(nèi)部空間極其緊湊，集成了大量的電機(jī)、計(jì)算單元（CPU/GPU）、傳感器等，電源電路板（如POL，負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器）必須小型化。要求電感器體積小、重量輕，以適應(yīng)緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)還需具備高功率密度，能在小體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高功率處理能力。采用一體成型或屏蔽結(jié)構(gòu)的電感，可以在較小的物理尺寸下承受非常大的飽和電流和溫升電流，這對(duì)于在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高功率輸出至關(guān)重要。

２、抗電磁干擾性能強(qiáng)
機(jī)器人內(nèi)部電磁環(huán)境復(fù)雜，有高速數(shù)字電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的強(qiáng)開關(guān)噪聲、敏感的傳感器（如IMU、攝像頭）等。采用非屏蔽電感會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，成為電磁干擾源，嚴(yán)重影響傳感器讀數(shù)和控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而屏蔽式電感磁泄漏極小，有效降低電磁干擾，保證了系統(tǒng)內(nèi)其他部件的可靠運(yùn)行。因此，磁屏蔽結(jié)構(gòu)的一體成型電感、大電流電感和功率電感是較為理想的選擇。

３、高飽和電流
機(jī)器人的動(dòng)態(tài)負(fù)載變化劇烈，例如突然起步、奔跑、舉重物時(shí)，電機(jī)和計(jì)算單元的電流會(huì)瞬間飆升。電感器必須能在大電流下不發(fā)生磁飽和（即電感值不急劇下降），否則電源環(huán)路會(huì)失控，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓崩潰、重啟。所以電感需要具有“軟飽和”特性，即在接近飽和電流時(shí)，電感值是緩慢下降的，而不是懸崖式下跌。這為電源控制系統(tǒng)提供了緩沖，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

４、抗振動(dòng)沖擊性能強(qiáng)
人形機(jī)器人動(dòng)作頻繁，機(jī)械振動(dòng)較多，電感需具備抗振動(dòng)和沖擊能力，其焊點(diǎn)要牢固，外殼和內(nèi)部線圈能承受機(jī)械應(yīng)力。一體成型結(jié)構(gòu)的電感將線圈完全固化在磁性材料內(nèi)部，具有極高的機(jī)械強(qiáng)度，抗震、抗沖擊能力非常強(qiáng)，因此在人形機(jī)器人系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。

５、適應(yīng)高頻及高溫環(huán)境
機(jī)器人內(nèi)部存在高頻 PWM 控制、無(wú)線通信等高頻信號(hào)，電感需有良好的高頻特性，能有效抑制高頻干擾，減少紋波和噪聲，同時(shí)在高頻下保持較低的能量損耗，提高轉(zhuǎn)換效率。

除此之外，機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較高溫度，電感要能在高溫環(huán)境下保持電感值穩(wěn)定，Q 值下降幅度小，性能不易退化，確保機(jī)器人在長(zhǎng)時(shí)間工作中電感性能可靠。

圖2 電感器在人形機(jī)器人中的應(yīng)用

三、科達(dá)嘉人形機(jī)器人電感方案

在人形機(jī)器人這種集高功率密度、高效率、高可靠性、復(fù)雜EMI環(huán)境和嚴(yán)苛機(jī)械條件于一體的應(yīng)用中，大電流、屏蔽式、合金粉末磁芯電感憑借其綜合性能優(yōu)勢(shì)，成為了電源電路（尤其是核心計(jì)算單元和關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的POL電源）中無(wú)可爭(zhēng)議的主流選擇。其設(shè)計(jì)完美地平衡了性能、尺寸和可靠性這三大核心挑戰(zhàn)。

科達(dá)嘉通過(guò)自主研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，為人形機(jī)器人提供適配的電感解決方案，公司推出了磁屏蔽結(jié)構(gòu)大電流電感、輕薄型一體成型電感、貼片功率電感等多個(gè)類別、多個(gè)型號(hào)產(chǎn)品。可提供不同的電氣特性，滿足人形機(jī)器人不同場(chǎng)景對(duì)電感器的高性能需求，并被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人通信導(dǎo)航模塊、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、機(jī)器人控制板等模塊中。

1、緊湊型大電流電感
緊湊型大電流電感主要應(yīng)用于人形機(jī)器人電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源管理系統(tǒng)中的DC-DC模塊。大電流電感采用科達(dá)嘉自主研發(fā)的低損耗金屬磁粉芯材料，具有高飽和電流、低損耗、高轉(zhuǎn)換效率、高工作溫度等特點(diǎn)，確保人形機(jī)器人的性能及續(xù)航能力。大電流電感飽和電流可高達(dá)422A，工作溫度可高達(dá)170℃ 。同時(shí)，產(chǎn)品采用磁屏蔽結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的抗電磁干擾性能。充分滿足人形機(jī)器人對(duì)高飽和電流、高工作溫度和低電磁干擾等方面的需求 。
推薦型號(hào)：CSBX、CSBA、CSCM、CSUT、CSCIL等。

2、輕薄型一體成型電感
一體成型電感主要應(yīng)用于人形機(jī)器人顯示模塊、觸摸屏控制模塊、DC-DC模塊等。一體成型電感采用科達(dá)嘉自主研發(fā)的低損耗合金粉末壓鑄，低損耗，高效率，應(yīng)用頻率寬，可將蜂鳴噪聲降低至超低。采用輕薄型設(shè)計(jì)（最小尺寸2mm），節(jié)省PCB空間，適合高密度貼裝，且具有很強(qiáng)的抗機(jī)械沖擊和振動(dòng)能力（抗振動(dòng)性能達(dá)10G以上），滿足人形機(jī)器人對(duì)高功率密度、高穩(wěn)定性等需求。
推薦型號(hào)：CSAG、CSAC、CSAB、CSEB、CSHB等。

3、貼片功率電感
科達(dá)嘉貼片功率電感主要應(yīng)用于攝像頭模塊、音頻模塊、DC-DC模塊等，可滿足對(duì)電感小尺寸、大電流、高轉(zhuǎn)換效率等需求。
推薦型號(hào)：SPRHS、CSUS、CRHSM、VCRHS、SPQ等。

作為磁性元件技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先供應(yīng)商，科達(dá)嘉電子專注電感研制24年，工程師可根據(jù)人形機(jī)器人各子系統(tǒng)對(duì)電感器的具體性能需求匹配合適的電感值、額定電流、開關(guān)頻率、產(chǎn)品尺寸等，也可聯(lián)系科達(dá)嘉銷售人員詳細(xì)咨詢。


審核編輯 黃宇

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