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來源：艾睿電子 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(yīng)用中，越來越多設(shè)備采用可以準(zhǔn)確測量距離和識別空間的LiDAR（激光雷達），此外，電源轉(zhuǎn)換器件也對自動化設(shè)備的穩(wěn)定運行扮演重要的角色。本文將為您介紹LiDAR與電源轉(zhuǎn)換器件的發(fā)展，以及由ROHM（羅姆半導(dǎo)體）所推出的激光二極管與電源轉(zhuǎn)換器件解決方案的功能與特性。 AI技術(shù)提升LiDAR識別物體的能力 近年來，利用LiDAR測量的點云數(shù)據(jù)和物體檢測算法（YOLO/Faster-RCNN/SSD等）的基于深度學(xué)習(xí)（卷積網(wǎng)絡(luò)）的邊緣AI技術(shù)正在逐年快速發(fā)展。3D成像技術(shù)與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合的創(chuàng)新，也成為人工智能機器人的核心技術(shù)。隨著LiDAR技術(shù)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(yīng)用中，已經(jīng)開始廣泛采用LiDAR來準(zhǔn)確測量距離和識別空間中的物體。 采用經(jīng)過AI與機器學(xué)習(xí)技術(shù)加持的攝像機與LiDAR，其感測效能表現(xiàn)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)攝像機的電腦視覺技術(shù)，算法能自動適應(yīng)各種照明與天候狀況，能夠更正確、彈性、穩(wěn)定進行路況的偵測、追蹤與分類，以區(qū)別出道路上與周遭的腳踏車騎士、駕駛?cè)�、行人。因此，為了能更遠、更準(zhǔn)確以及功耗更低地檢測到信息，對于當(dāng)作光源的激光二極管性能也出現(xiàn)了更高的要求。 
提供更高質(zhì)量的高輸出功率激光二極管 在LiDAR和物體檢測技術(shù)中，輸出高清光束的光源對于實現(xiàn)準(zhǔn)確的物體定位、分類和分割至關(guān)重要。ROHM激光二極管通過多年來積累的光波導(dǎo)設(shè)計和工藝技術(shù)，實現(xiàn)高質(zhì)量的光束形狀，可以為人工智能和機器人技術(shù)的發(fā)展做出貢獻，這些技術(shù)在未來將需要越來越復(fù)雜的操作。 ROHM具備可達成更窄發(fā)光幅度的自有專利技術(shù)，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(chǎn)，在以消費性電子領(lǐng)域為主的應(yīng)用中深受好評，導(dǎo)入成效出眾。此次，為了將應(yīng)用擴展到市場逐漸成長的工控設(shè)備領(lǐng)域，ROHM研發(fā)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(xiàn)了窄發(fā)光寬度，有助于延長檢測距離并提高感應(yīng)精度。采用ROHM的先進結(jié)構(gòu)，RLD90QZW3的能源轉(zhuǎn)換效率高，而且可以減少波長的溫度波動，有助于實現(xiàn)低功耗和長壽命。RLD90QZW3采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Φ5.6 CAN封裝，適用于激光測距儀、無人搬運車和保全監(jiān)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(tǒng)進行測距和空間識別的LiDAR所研發(fā)。以ROHM獨家組件研發(fā)技術(shù)，在業(yè)界同等級的輸出功率激光二極管中，達到了225μm的超窄發(fā)光幅度，與290μm的市場競品相比，發(fā)光幅度縮減了22%，因此具有高光束性能，窄發(fā)射區(qū)域和高光密度，可實現(xiàn)更高的分辨率和更遠的范圍。 此外，除了在整體發(fā)光幅度范圍成功使發(fā)光強度更均勻外，且激光波長的溫度相關(guān)性低至0.15nm/℃，不易受溫度變化的影響，因此可穩(wěn)定發(fā)揮其性能，與同等輸出功率、發(fā)光幅度290μm、溫度相關(guān)性0.25nm/℃的市場競品相比，激光波長的溫度相關(guān)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(yīng)用。另一方面，RLD90QZW3的光強度均勻，在整個發(fā)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(shù)，在同等輸出功率的產(chǎn)品中，不僅具備了業(yè)界最窄發(fā)光幅度，而且在與發(fā)光幅度難以兼具的光電轉(zhuǎn)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(dān)心功耗增加。 為了加快此系列產(chǎn)品的市場導(dǎo)入時程，在ROHM官網(wǎng)上也免費提供可評估導(dǎo)入此系列新產(chǎn)品所需的豐富設(shè)計數(shù)據(jù)，其中包括驅(qū)動電路設(shè)計方法的應(yīng)用指南、電路板研發(fā)用的數(shù)據(jù)和仿真用模型（SPICE模型、Ray數(shù)據(jù)）等。 為了在未來提供解決方案，ROHM正在對LiDAR傳感器的參考設(shè)計進行原型設(shè)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(yè)化，這個參考設(shè)計將有助于為客戶減少設(shè)計工時，并支持快速上市。
ROHM的LiDAR傳感器參考設(shè)計
功率轉(zhuǎn)換效率提升機器人的運作表現(xiàn) 擁有“世界工廠”之稱的中國，在工業(yè)生產(chǎn)制造技術(shù)上，已經(jīng)具有相當(dāng)高的水平，在各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)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(lǐng)域之一。中國的目標(biāo)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(shù)的領(lǐng)先者。因此，目前已經(jīng)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(qū)動能力，機器人應(yīng)用需要更多的電力。因此，要解決的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)問題越來越大。此外，功率轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換技術(shù)的創(chuàng)新正在推動機器人設(shè)計的變革，目前的新型功率器件正在滿足機器人應(yīng)用在尺寸、重量、電源預(yù)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(yè)應(yīng)用，進一步擴大市場的發(fā)展空間。
針對工業(yè)設(shè)備應(yīng)用的先進電源轉(zhuǎn)換器 為了替工業(yè)設(shè)備解決電源問題，ROHM推出了工業(yè)設(shè)備用的DC/DC轉(zhuǎn)換器BD9G500EFJ-LA，該器件支持廣泛應(yīng)用于工業(yè)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(yè)界領(lǐng)先的最高性能80V高耐壓5A大電流，有助于先進工業(yè)設(shè)備的更高功能和更小尺寸，可使集成多種功能的設(shè)備小型化，以及通過結(jié)合人工智能和／或物聯(lián)網(wǎng)，來追求更多功能的工業(yè)應(yīng)用。 BD9G500EFJ-LA可廣泛應(yīng)用于電動自行車、工業(yè)機器人、電動工具等需要48V/60V級電源輸入的應(yīng)用，以及需要48V級電源輸入的5G基站的服務(wù)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(yīng)用，也會是BD9G500EFJ-LA重要的應(yīng)用領(lǐng)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(yīng)保證，符合ROHM的高質(zhì)量設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，也是符合LA等級的產(chǎn)品。 BD9G500EFJ-LA采用高壓Bi-CDMOS工藝，在具有高側(cè)MOSFET（異步整流型）的非隔離DC/DC轉(zhuǎn)換器芯片中，實現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)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(wù)器的48V主電源，提供了足夠的突發(fā)浪涌電壓余量，也為常用的60V系統(tǒng)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(yīng)用可靠性。 同時，BD9G500EFJ-LA內(nèi)建低導(dǎo)通電阻，具有高速瞬態(tài)響應(yīng)性能，可輕松設(shè)定相位補償，頻率可在100kHz～650kHz之間進行調(diào)節(jié)。內(nèi)置的低損耗MOSFET在2A至5A的寬輸出電流范圍內(nèi)（盡管有異步整流），實現(xiàn)了85%的高功率轉(zhuǎn)換效率，從而轉(zhuǎn)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(jié)語 新型的LiDAR與電源轉(zhuǎn)換芯片，具備較高的質(zhì)量與效能，將有助于提升機器人等工業(yè)設(shè)備的運作表現(xiàn)，并將機器人應(yīng)用推廣至家庭與商業(yè)領(lǐng)域。由ROHM推出的高質(zhì)量激光二極管具有更高的精度與探測距離，新款電源轉(zhuǎn)換芯片也可以提供更高的功率轉(zhuǎn)換效率，將是機器人與自動化設(shè)備的更佳搭檔。 |
