WiBotic 為無人機(jī)和機(jī)器人提供新型基于 GaN 的充電器和發(fā)射器

大功率自主充電系統(tǒng)市場(chǎng)正在以驚人的速度增長(zhǎng)。WiBotic 公布了其在臺(tái)式電池充電器和無線充電發(fā)射器方面的最新創(chuàng)新成果，用于無人機(jī)和采用 GaN 技術(shù)的自主移動(dòng)機(jī)器人。新解決方案通過利用 GaN 技術(shù)并確保在最極端的操作條件下生存，從而提供更高的效率。當(dāng)與 WiBotic 軟件結(jié)合使用時(shí)，它們?cè)试S操作員跟蹤和優(yōu)化單個(gè)電池的性能，并完全自主或手動(dòng)定義充電操作。其自適應(yīng)匹配技術(shù)為感應(yīng)功率傳輸提供了一種新方法，該公司稱該方法可提供無人機(jī)和其他飛行設(shè)備所需的功率水平。

在接受《電力電子新聞》采訪時(shí)，WiBotic 首席執(zhí)行官 Ben Waters 指出，新產(chǎn)品包括被動(dòng)冷卻車載充電器、全密封 IP67 車載充電器、用于高達(dá) 150 W 的無人機(jī)的輕型車載充電器，以及兩個(gè)使用 GaN Systems 最新氮化鎵 (GaN) 技術(shù)的更小、更高效的發(fā)射器。

Waters 表示：“GaN 已在發(fā)射器的尺寸、溫度和效率方面實(shí)現(xiàn)了大幅節(jié)省?！芭c MOSFET 相比，GaN FET 上極低的柵極電容允許驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O所需的功率少得多，從而提高效率并減小尺寸。與傳統(tǒng) MOSFET 相比，更高頻率下的開關(guān)損耗也更低，從而提高了溫度性能?！?/p>

氮化鎵技術(shù)

與硅相比，GaN的主要優(yōu)勢(shì)在于其功率密度更高。這是由于導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的間隙高于 LDMOS 技術(shù)，從而提供更高的擊穿電壓。高功率密度允許信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸，擴(kuò)大基站的覆蓋范圍。它還支持更小的外形尺寸，在 PCB 上需要更少的空間。因此，設(shè)計(jì)人員可以在更小的空間內(nèi)擁有更大的功率，從而降低成本。

“到目前為止，我們主要在發(fā)射器中使用 GaN，”沃特斯說?！癎aN 可能對(duì)其他產(chǎn)品有所幫助，例如我們的獨(dú)立臺(tái)式電池充電器，我們可以在這些產(chǎn)品中提高 DC/DC 開關(guān)轉(zhuǎn)換器的效率并減小其尺寸。例如，對(duì)于無人機(jī)應(yīng)用，尺寸和重量對(duì)于任何車載充電器都至關(guān)重要。”

氮化鎵的帶隙為 3.2 eV，比硅的帶隙高近 3 倍，相當(dāng)于 1.1 eV。這意味著需要更多的能量來激發(fā)半導(dǎo)體導(dǎo)電帶中的價(jià)電子。雖然這種特性限制了 GaN 在超低電壓應(yīng)用中的使用，但它的優(yōu)勢(shì)在于允許更高的擊穿電壓和更高的溫度下更高的熱穩(wěn)定性。GaN 極大地提高了功率轉(zhuǎn)換級(jí)的效率，在高效電壓轉(zhuǎn)換器的生產(chǎn)中可作為硅的寶貴替代品。?

WiBotic 的系統(tǒng)

WiBotic 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到包括臺(tái)式插入式電池充電器和完全自主的無線充電器，所有這些都與電池?zé)o關(guān)，可以通過 WiBotic Commander 軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和遠(yuǎn)程監(jiān)控。使用 WiBotic 車載充電器，任何類型的電池都可以通過直流電源手動(dòng)充電。這些車載充電器還可用于使用無線充電自動(dòng)為設(shè)備充電。WiBotic 無線充電技術(shù)基于感應(yīng)系統(tǒng)和諧振系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗Y(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。其獲得專利的自適應(yīng)匹配系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控相對(duì)天線位置并動(dòng)態(tài)調(diào)整硬件和固件參數(shù)以保持最高效率——以高功率水平提供可靠的充電，并跨越幾厘米的垂直、水平、

WiBotic 無線充電系統(tǒng)由四個(gè)主要硬件組件組成：發(fā)射器單元、發(fā)射器天線線圈、車載充電單元和接收天線線圈。發(fā)射器單元可識(shí)別任何配備車載充電單元和接收器天線線圈的機(jī)器人，并自動(dòng)激活以提供適量的能量。收集線圈為車載充電器電路提供能量。車載充電器將信號(hào)轉(zhuǎn)換回直流電壓并控制電池充電功能以安全地為各種電池充電。

圖 1：WiBotic 無線電源解決方案的工作原理（來源：WiBotic）

OC-262 是一種被動(dòng)冷卻的車載充電器，已開發(fā)為適用于商業(yè)和政府應(yīng)用的加固系統(tǒng)。被動(dòng)冷卻在惡劣的環(huán)境中特別有利，例如采礦、海洋勘探和農(nóng)業(yè)，在這些環(huán)境中，水和灰塵是非常重要的問題。OC-262 由兩種型號(hào)組成，一種具有 IP20 等級(jí)，適用于需要被動(dòng)冷卻但可能對(duì)環(huán)境更加開放的應(yīng)用，另一種具有 IP67 等級(jí)，用于室外或極端環(huán)境。

“OC262 是我們的第一個(gè)被動(dòng)冷卻車載充電器，”沃特斯說。“特別是對(duì)于戶外應(yīng)用，我們聽到許多客戶要求能夠完全密封電子設(shè)備。OC262 滿足了這一需求。被動(dòng)冷卻減輕了任何設(shè)備、機(jī)器人、無人機(jī)、空間等的外部通風(fēng)需求?！?/p>

圖 2：WiBotic 發(fā)射器

圖 3：WiBotic 車載充電器

另一種解決方案是適用于小型機(jī)器人的 OC-150 車載充電器，可根據(jù)電池電壓提供高達(dá) 150 W 的總功率和高達(dá) 10 A 的電流。在發(fā)射器領(lǐng)域，TR-150 采用了 WiBotic 合作伙伴 GaN Systems Inc. 的最新高效 GaN 晶體管。它主要設(shè)計(jì)用于與新型 OC-150 車載充電器一起使用，但在部署時(shí)支持所有 WiBotic 車載充電器在不同的機(jī)器人艦隊(duì)中。TR-300 發(fā)射器提供與 TR-150 相同的核心優(yōu)勢(shì)，但與 WiBotic 的 OC-262 或 OC-301 車載充電器配對(duì)時(shí)可提供高達(dá) 300 W 的功率。

“這些產(chǎn)品為充電和電源管理產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)提供物聯(lián)網(wǎng)連接，所有這些產(chǎn)品都由 WiBotic Commander 軟件連接，”沃特斯說?！霸S多公司仍在努力實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的部署，我們今天有可以幫助桌面充電的產(chǎn)品，隨著事情繼續(xù)朝著這個(gè)方向發(fā)展，這些相同的產(chǎn)品可以應(yīng)用于完全自主充電。”

審核編輯 黃昊宇