人形机器人引爆中低压MOSFET需求

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）具身智能的概念近来火热，AI与机器人的结合成为了下一个蓝海市场，TrendForce预测2027年全球人形机器人市场产值有望超过20亿美元，2024到2027年的复合年均增长率将高达154%。
 
对于机器人来说电机是驱动的核心之一，驱动电机则需要MOSFET等功率开关元器件的支持，在机器人体积有限的空间内，如何高效地实现电机驱动，是实现具身智能的关键之一。
 
机器人领域48V电源架构成为主流
 
随着智能化和电气化的需求，汽车的低压架构电压正在从12V往48V发展。相比12V电源，48V系统的功率容量是12V的四倍，这也意味着系统能够支撑更大的功率负载。与此同时，在相同功率的工况下，48V系统的损耗更小，能够降低线缆、连接器等方面的成本。
 
人形机器人产业链以及零部件与电动汽车重合度相当高，48V系统在机器人领域的应用甚至更加普遍，比如最近火热的宇树目前在机器狗、人形机器人上就是使用48V的电源架构。当然不只是人形机器人，工业场景中，AGV、机械臂等工业协作机器人，同样使用48V的电源架构。
 
为什么是48V？从安全电压的角度看，行业规定直流电的安全电压是60V，而48V电池的充电电压最高是60V，这也意味着48V电池电压已经是安全规定下的最高电压等级。
 
所以到实际的MOSFET等功率器件选型中，需要80V到100V电压等级的产品，目前市面上已经有不少面向车载48V低压系统的80V或100V的MOSFET，主要以硅基为主。而为了提高功率密度，进一步降低人形机器人体积，提高效率，GaN也正在导入到机器人应用中。
 
机器人应用到的功率器件
 
在机器人应用中，电机功率一般在1kW到3kW不等，这对于功率器件的电流导通能力以及低内阻提出了很高的要求。
 
安世半导体面向机器人应用，在今年推出了NextPower 80V/100V 高效大电流 MOSFET，其中80V MOSFET导通电阻仅为1.2mΩ。同时过电流能力也非常强大，在此前的产品中，安世半导体展示过一些产品的性能，以100V MOSFET PSMN2R0-100SSF为例，采用LFPAK88封装下，电流可以高达267A。
 
今年4月，英飞凌推出了OptiMOS™ 7 80V的首款产品IAUCN08S7N013，据称是业内导通电阻最低的80 V MOSFET。与上一代产品相比，IAUCN08S7N013的导通电阻降低了50%以上，最高不超过1.3 mΩ，达到目前业内的领先水平。同时采用了高电流SSO8 5 x 6 mm² SMD封装，在小封装下实现了更低的传导损耗、更强的开关性能和更高的功率密度。
 
安森美今年6月推出最新的T10 PowerTrench系列为48V系统提供80V中压MOSFET，T10技术采用了屏蔽栅极沟槽结构，通过其行业领先的软恢复体二极管（Qrr, Trr）减少了振铃、过冲和噪声，实现了性能与恢复特性之间的平衡。其中5×6封装的80V MOSFET导通电阻可以低至0.79mΩ。
 
EPC目前针对机器人应用，推出了多种GaN器件以及参考设计，比如EPC9194三相BLDC电机驱动逆变器参考设计，采用6个3mm x 5mm QFN封装100V eGaN FET（EPC2302），单个器件导通电阻为1.8mΩ，该方案工作输入电源电压范围为14V~60V，可提供高达60 Apk(40 ARMS)的输出电流。
 
面向电机驱动的应用，英诺赛科目前也有100V GaN的产品推出，包括INN100FQ016A 和 INN100FQ025A等，采用FCQFN小体积封装，具备低导阻、低栅极电荷、低开关损耗和极低的反向恢复电荷等特性。
 
小结：
 
可以看到目前主流功率半导体厂商都纷纷推出80V/100V的产品，随着人形机器人市场的发展预期不断提高，市场空间加速扩张，将给中低压功率MOSFET，以及GaN等第三代半导体带来更大的市场机会。