Epiwafers de transistores de ganancia
Como un portador importante para futuros servicios inteligentes, atención médica y automatización industrial, los robots humanoides requieren que su sistema de energía central tenga una alta respuesta dinámica, alta eficiencia y diseño compacto. Los dispositivos de potencia tradicionales basados en silicio (SI) están limitados por las propiedades del material y les resulta difícil romper el cuello de botella de eficiencia y volumen de equilibrio. En los últimos años, la aplicación madura de los transistores de nitruro de galio (GaN), como los transistores de alta movilidad de electrones (HEMTS), así como su velocidad de conmutación rápida que permite un control motor preciso, ha traído cambios disruptivos al sistema de accionamiento del motor de los robots humanoides. Pam-Xiamen puede proporcionar obleas epitaxiales de transistores GaN para la preparación de controladores de motor. Para obtener detalles del producto, consulte:
Gan Hemt:https://www.powerwaywafer.com/gan-wafer/gan-hemt-epitaxial-wafer.html
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1. VENTAJAS DE GANTecnología enMETROotorDhender
1) Capacidad de conmutación de alta frecuencia: la característica de banda de banda ancha del material GaN (3.4 eV) lo dotenta con un campo eléctrico de desglose crítico (3.3 mV/cm) y alta velocidad de saturación de electrones (2.8 × 107CM/S), admitiendo frecuencias de conmutación de nivel MHZ. En comparación con los MOSFET de SI, los dispositivos GaN tienen pérdidas de conmutación más bajas, reduciendo significativamente las pérdidas térmicas del inversor, al tiempo que permiten el uso de condensadores e inductores de filtrado más pequeños, logrando la compacidad del sistema.
2) Baja pérdida de conducción y alta densidad de potencia: el canal de gases electrónicos bidimensionales (2deg) de GaN da como resultado una resistencia de conducción (RDS (ON)) mucho más baja en comparación con los dispositivos SI de la misma especificación. Esta característica permite que el módulo de accionamiento de la junta de los robots humanoides se incruste dentro del brazo robótico, reduce la longitud del cable y minimiza la interferencia electromagnética (EMI).
3) Resistencia y confiabilidad de alta temperatura: la tolerancia a la temperatura de la unión de los dispositivos basados en GaN supera con creces la de los dispositivos basados en SI, y combinados con un diseño de disipación de calor de doble cara (como los agujeros de conductividad térmica PCB y sustratos cerámicos), pueden operar de manera estable bajo cargas altas. Los experimentos han demostrado que el sistema de accionamiento del motor GaN reduce la temperatura de devanado del motor en 30 ℃ a una frecuencia de conmutación de 100 kHz en comparación con 20 kHz, mejorando significativamente la capacidad del robot para continuar trabajando.
2. Aplicaciones de GaN Transistor Epiwafer en la unidad de motor del robot humanoide
Las articulaciones de los robots humanoides deben responder rápidamente a los cambios de postura. Las características de conmutación de alta frecuencia de GaN (como DV/DT a 50 V/ns) pueden acortar el tiempo muerto a 14NS, reducir los armónicos actuales (THD en un 20%) y la ondulación de par. Combinado con el control de orientación de campo sin sensor (FOC), el ancho de banda de control de la unidad de motor GaN se puede aumentar a 100 kHz, logrando una respuesta dinámica de sub milisegundo, adecuado para agarrar precisos y ajuste de la marcha.
A través de la integración de un solo chip de los módulos de medio puente GaN y los circuitos del controlador, la inductancia de bucle total de 400 ph permite que GaN HEMT 100V se encienda y apague en aproximadamente 1NS sin exceder la clasificación de voltaje de drenaje máximo, lo que resulta en un volumen reducido del sistema. Estudios anteriores han verificado que las tablas de controladores de GaN pueden integrarse directamente en las articulaciones de los robots, lo que reduce la complejidad estructural mecánica.
Además, los experimentos han demostrado que el sistema de accionamiento GaN mejora la eficiencia del motor en un 12% (500 W de carga) a una frecuencia de conmutación de 100 kHz, mientras que la eficiencia del inversor permanece en 98%. Al optimizar el diseño térmico (como la capa de pasivación de ALN), la conductividad térmica de los dispositivos GaN puede alcanzar 4.5 W/cm · K, lo que respalda tareas de alta carga a largo plazo para robots humanoides.
GaN material demonstrates advantages in dynamic response, integration, and energy efficiency through its high-frequency, high-efficiency, and high-density characteristics, providing a new solution for motor drive of humanoid robots and driving them towards lighter, faster, and smarter directions.
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