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                      自動化設備的LiDAR與電源管理解決方案

                      發布時間:2022-09-23 來源:艾睿電子 責任編輯:wenwei

                      【導讀】近年來,在掃地機器人、無人搬運車(AGV)和自動駕駛汽車等自動化應用中,越來越多設備采用可以準確測量距離和識別空間的LiDAR(激光雷達),此外,電源轉換器件也對自動化設備的穩定運行扮演重要的角色。本文將為您介紹LiDAR與電源轉換器件的發展,以及由ROHM(羅姆半導體)所推出的激光二極管與電源轉換器件解決方案的功能與特性。


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                      AI技術提升LiDAR識別物體的能力


                      近年來,利用LiDAR測量的點云數據和物體檢測算法(YOLO/Faster-RCNN/SSD等)的基于深度學習(卷積網絡)的邊緣AI技術正在逐年快速發展。3D成像技術與深度學習相結合的創新,也成為人工智能機器人的核心技術。隨著LiDAR技術的日漸成熟與成本的逐年降低,目前在許多機器人與汽車應用中,已經開始廣泛采用LiDAR來準確測量距離和識別空間中的物體。


                      采用經過AI與機器學習技術加持的攝像機與LiDAR,其感測效能表現明顯優于傳統攝像機的電腦視覺技術,算法能自動適應各種照明與天候狀況,能夠更正確、彈性、穩定進行路況的偵測、追蹤與分類,以區別出道路上與周遭的腳踏車騎士、駕駛人、行人。因此,為了能更遠、更準確以及功耗更低地檢測到信息,對于當作光源的激光二極管性能也出現了更高的要求。 


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                      提供更高質量的高輸出功率激光二極管


                      在LiDAR和物體檢測技術中,輸出高清光束的光源對于實現準確的物體定位、分類和分割至關重要。ROHM激光二極管通過多年來積累的光波導設計和工藝技術,實現高質量的光束形狀,可以為人工智能和機器人技術的發展做出貢獻,這些技術在未來將需要越來越復雜的操作。


                      ROHM具備可達成更窄發光幅度的自有專利技術,有助于LiDAR支持更遠的距離并確保更高的精度。ROHM的25W高輸出功率激光二極管── RLD90QZW5從2019年開始量產,在以消費性電子領域為主的應用中深受好評,導入成效出眾。此次,為了將應用擴展到市場逐漸成長的工控設備領域,ROHM研發出了75W高輸出功率的激光二極管── RLD90QZW3。


                      RLD90QZW3采用了905nm、75W、225μm的不可見脈沖激光二極管,實現了窄發光寬度,有助于延長檢測距離并提高感應精度。采用ROHM的先進結構,RLD90QZW3的能源轉換效率高,而且可以減少波長的溫度波動,有助于實現低功耗和長壽命。RLD90QZW3采用行業標準的Φ5.6 CAN封裝,適用于激光測距儀、無人搬運車和保全監控等。


                      RLD90QZW3為一款紅外75W高輸出功率激光二極管,針對利用3D ToF系統進行測距和空間識別的LiDAR所研發。以ROHM獨家組件研發技術,在業界同等級的輸出功率激光二極管中,達到了225μm的超窄發光幅度,與290μm的市場競品相比,發光幅度縮減了22%,因此具有高光束性能,窄發射區域和高光密度,可實現更高的分辨率和更遠的范圍。

                       

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                      此外,除了在整體發光幅度范圍成功使發光強度更均勻外,且激光波長的溫度相關性低至0.15nm/℃,不易受溫度變化的影響,因此可穩定發揮其性能,與同等輸出功率、發光幅度290μm、溫度相關性0.25nm/℃的市場競品相比,激光波長的溫度相關性也可降低40%,采用更小波長的帶通濾光片可提供更窄的波長范圍,從而提高了信噪比,因此可支持LiDAR長距離應用。另一方面,RLD90QZW3的光強度均勻,在整個發射寬度上擁有均勻的光強度,可以提高圖像邊緣的分辨率。


                      此外,RLD90QZW3采用專利技術,在同等輸出功率的產品中,不僅具備了業界最窄發光幅度,而且在與發光幅度難以兼具的光電轉換效率(PCE)方面,也達到了與市場競品同等的21%(正向電流24A、75W輸出時)。因此,在使用時無需擔心功耗增加。


                      為了加快此系列產品的市場導入時程,在ROHM官網上也免費提供可評估導入此系列新產品所需的豐富設計數據,其中包括驅動電路設計方法的應用指南、電路板研發用的數據和仿真用模型(SPICE模型、Ray數據)等。


                      為了在未來提供解決方案,ROHM正在對LiDAR傳感器的參考設計進行原型設計,也開始將其下一代器件GaN HEMT和更高輸出功率的120W激光二極管RLD90QZW8商業化,這個參考設計將有助于為客戶減少設計工時,并支持快速上市。


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                      ROHM的LiDAR傳感器參考設計


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                      功率轉換效率提升機器人的運作表現


                      擁有“世界工廠”之稱的中國,在工業生產制造技術上,已經具有相當高的水平,在各產業領域的高水平機床/機器人,也是中國政府針對“中國制造2025”項目所指定的10個領域之一。中國的目標是到2025年完善在中國制造的過程和使用的零部件,使中國成為世界機器人技術的領先者。因此,目前已經有許多機器人公司在中國誕生。


                      由于人工智能、傳感(圖像識別)等更高的功能和增強的驅動能力,機器人應用需要更多的電力。因此,要解決的電源轉換技術問題越來越大。此外,功率轉換效率對于移動機器人來說,也是一個非常重要的因素。


                      功率轉換技術的創新正在推動機器人設計的變革,目前的新型功率器件正在滿足機器人應用在尺寸、重量、電源預算以及成本效率的需求,從而將機器人從工廠帶入家庭與商業應用,進一步擴大市場的發展空間。


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                      針對工業設備應用的先進電源轉換器


                      為了替工業設備解決電源問題,ROHM推出了工業設備用的DC/DC轉換器BD9G500EFJ-LA,該器件支持廣泛應用于工業機器人的48V電源,目前24-72V電源是電池供電移動機器人的主流。BD9G500EFJ-LA提供業界領先的最高性能80V高耐壓5A大電流,有助于先進工業設備的更高功能和更小尺寸,可使集成多種功能的設備小型化,以及通過結合人工智能和/或物聯網,來追求更多功能的工業應用。


                      BD9G500EFJ-LA可廣泛應用于電動自行車、工業機器人、電動工具等需要48V/60V級電源輸入的應用,以及需要48V級電源輸入的5G基站的服務器、充電站和功率放大器。此外,如吸塵器、洗衣機等家用電器,和其他電機暴露在大浪涌電壓下的應用,也會是BD9G500EFJ-LA重要的應用領域。


                      BD9G500EFJ-LA可增加輸出電流、擴大工作溫度范圍,并可提高輸出電壓精度,ROHM還提供10年供應保證,符合ROHM的高質量設計標準,也是符合LA等級的產品。


                      BD9G500EFJ-LA采用高壓Bi-CDMOS工藝,在具有高側MOSFET(異步整流型)的非隔離DC/DC轉換器芯片中,實現了同類最佳的80V耐壓以及寬的安全工作范圍。與具有同等輸出電流的標準產品相比,該芯片成功地將耐壓提高了約20%,不僅為5G基站和服務器的48V主電源,提供了足夠的突發浪涌電壓余量,也為常用的60V系統提供了足夠的裕度,因此在電動自行車和電動工具中,可采用更大的電池尺寸,從而提高了應用可靠性。


                      同時,BD9G500EFJ-LA內建低導通電阻,具有高速瞬態響應性能,可輕松設定相位補償,頻率可在100kHz~650kHz之間進行調節。內置的低損耗MOSFET在2A至5A的寬輸出電流范圍內(盡管有異步整流),實現了85%的高功率轉換效率,從而轉化為更高的省電性能。ROHM也提供BD9G500EFJ-EVK-001評估板,可供對BD9G500EFJ-LA器件進行評估。


                      結語


                      新型的LiDAR與電源轉換芯片,具備較高的質量與效能,將有助于提升機器人等工業設備的運作表現,并將機器人應用推廣至家庭與商業領域。由ROHM推出的高質量激光二極管具有更高的精度與探測距離,新款電源轉換芯片也可以提供更高的功率轉換效率,將是機器人與自動化設備的更佳搭檔。


                      來源:艾睿電子



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