【導讀】現有機器人驅動器多采用4－16kHz PWM頻率，雖可轉換電流為正弦波，但電機端仍為高dv/dt PWM波形，高頻方案亦受電磁干擾、濾波成本及轉矩控制精度限制。針對這些痛點，PT的MicroDyno以GaN晶體管實現1MHz高速開關，集成緊湊型濾波器輸出純凈正弦電壓，動態校正齒槽轉矩波動，無需昂貴外設與屏蔽電纜，實現機器人驅動精度、成本與兼容性突破，且可拓展至高壓領域。
盡管有一些專業系統可以達到100kHz頻率，但它們面臨電磁干擾方面的挑戰，而且頻率仍然太低，無法實現真正正弦電壓輸出和電磁干擾(EMI)濾波所需的小型、低成本濾波器。
InnCat公司董事兼首席技術與創新官(CTIO)Simon Hart表示，即使是最好的伺服電機也可能存在嚴重的齒槽轉矩。“我花了大量時間研究快速控制回路和轉矩補償器，以獲得所需的速度平滑度。”他說，“但隨著時間的推移，回路響應會發生漂移。”
QPT的解決方案MicroDyno采用動態校正齒槽轉矩與轉矩波動的技術，并在驅動器內部集成高保真傳感，從而顯著提升協作機器人和通用機器人的性能。而且，這一切無需像標準PWM系統那樣使用昂貴的外部傳感器或編碼器。
由于集成了濾波器，無需使用昂貴的屏蔽電纜，從而大大簡化了電磁兼容性(EMC)設計。(來源：QPT)
MicroDyno的工作原理
QPT的低壓平臺能夠以標準頻率約100倍的頻率，最大限度地發揮GaN晶體管的性能。它采用體積小巧、成本低廉的輸出濾波器，直接在電機端子處產生純凈的正弦電壓，并具有極高的信噪比(SNR)。這反過來又消除了電磁干擾(EMI)，降低了軸承電流，并實現了“無傳感器傳感”。此外，它還允許使用非屏蔽電纜，這對于機器人集成至關重要。
MicroDyno的開關速度為1MHz，集成了一個緊湊型濾波器，可為電機提供真正的正弦波電壓。這一特性使其區別于現有的低頻PWM系統。因此，QPT首席技術官兼創始人Rob Gwynne將其稱為具有智能濾波功能的超高速GaN開關解決方案。
“對于機器人應用而言，我們不僅僅是在提高平滑度，”他補充道，“我們現在可以實時動態地校正轉矩波動和齒槽效應，即使是昂貴的基于編碼器的系統也無法達到如此高的精度。”他表示。這為制造更精確、更緊湊、更可靠的機器人鋪平了道路，同時大大降低了系統成本。
MicroDyno利用正弦波驅動的高信噪比來檢測時域和頻域中的電壓和電流擾動。因此，它的性能優于價格昂貴的基于編碼器的靜態方法，后者會隨時間漂移，并且無法對輸出轉矩的變化做出實時動態響應。
此外，它還采用了QPT的qControl技術，該技術能夠以皮秒級的精度生成1MHz的信號。這使得微型濾波器能夠輸出真正的正弦電壓，從而產生更純凈的控制信號，實現平穩運動。純凈的正弦波輸出還支持高級轉矩和振動監測，從而實現高級傳感和預測性維護。
超越機器人領域
MicroDyno是一款適用于機器人和協作機器人的48V電機驅動器，其應用范圍可擴展至400V和800V系統，并具備類似的高頻正弦波優勢。這為該低壓電機驅動器在工業自動化、暖通空調(HVAC)和電動汽車牽引領域的應用開辟了道路。
此外，其獨特的正弦波輸出特性，使得設計多相模塊成為可能，這些模塊可以并聯使用，從而以更少的模塊數量實現兆瓦級的功率輸出。
QPT首席技術官Gwynne希望MicroDyno的可擴展性能夠為面向全電壓等級的新一類電機驅動器奠定基礎。這是一個重要的前提，尤其是在電機消耗了全球近45%的電力的情況下。
QPT聲稱，其基于GaN的MicroDyno解決方案能夠以更低的系統復雜性和成本實現更高的控制精度和效率。其實現方式是消除所有電機驅動系統中由脈寬調制(PWM)引起的效率損失、噪聲和磨損。
總結
現有機器人驅動器多采用4－16kHz PWM頻率，雖可轉換電流為正弦波，但電機端仍為高dv/dt PWM波形，高頻方案亦受電磁干擾、濾波成本及轉矩控制精度限制。針對這些痛點，QPT的MicroDyno依托GaN晶體管實現1MHz超高速開關，集成緊湊型濾波器輸出純凈正弦電壓，通過動態校正技術解決齒槽轉矩波動，無需昂貴外部傳感器與屏蔽電纜，為機器人驅動系統實現精度、成本與兼容性突破，且可延伸至多領域高壓系統。
