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自动化设备的LiDAR与电源管理解决方案

发布时间:2022-10-17 来源:艾睿电子 责任编辑:wenwei

【导读】近年来,在扫地机器人、无人搬运车(AGV)和自动驾驶汽车等自动化应用中,越来越多设备采用可以准确测量距离和识别空间的LiDAR(激光雷达),此外,电源转换器件也对自动化设备的稳定运行扮演重要的角色。本文将为您介绍LiDAR与电源转换器件的发展,以及由ROHM(罗姆半导体)所推出的激光二极管与电源转换器件解决方案的功能与特性。


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AI技术提升LiDAR识别物体的能力


近年来,利用LiDAR测量的点云数据和物体检测算法(YOLO/Faster-RCNN/SSD等)的基于深度学习(卷积网络)的边缘AI技术正在逐年快速发展。3D成像技术与深度学习相结合的创新,也成为人工智能机器人的核心技术。随着LiDAR技术的日渐成熟与成本的逐年降低,目前在许多机器人与汽车应用中,已经开始广泛采用LiDAR来准确测量距离和识别空间中的物体。


采用经过AI与机器学习技术加持的摄像机与LiDAR,其感测效能表现明显优于传统摄像机的电脑视觉技术,算法能自动适应各种照明与天候状况,能够更正确、弹性、稳定进行路况的侦测、追踪与分类,以区别出道路上与周遭的脚踏车骑士、驾驶人、行人。因此,为了能更远、更准确以及功耗更低地检测到信息,对于当作光源的激光二极管性能也出现了更高的要求。 


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提供更高质量的高输出功率激光二极管


在LiDAR和物体检测技术中,输出高清光束的光源对于实现准确的物体定位、分类和分割至关重要。ROHM激光二极管通过多年来积累的光波导设计和工艺技术,实现高质量的光束形状,可以为人工智能和机器人技术的发展做出贡献,这些技术在未来将需要越来越复杂的操作。


ROHM具备可达成更窄发光幅度的自有专利技术,有助于LiDAR支持更远的距离并确保更高的精度。ROHM的25W高输出功率激光二极管── RLD90QZW5从2019年开始量产,在以消费性电子领域为主的应用中深受好评,导入成效出众。此次,为了将应用扩展到市场逐渐成长的工控设备领域,ROHM研发出了75W高输出功率的激光二极管── RLD90QZW3。


RLD90QZW3采用了905nm、75W、225μm的不可见脉冲激光二极管,实现了窄发光宽度,有助于延长检测距离并提高感应精度。采用ROHM的先进结构,RLD90QZW3的能源转换效率高,而且可以减少波长的温度波动,有助于实现低功耗和长寿命。RLD90QZW3采用行业标准的Φ5.6 CAN封装,适用于激光测距仪、无人搬运车和保全监控等。


RLD90QZW3为一款红外75W高输出功率激光二极管,针对利用3D ToF系统进行测距和空间识别的LiDAR所研发。以ROHM独家组件研发技术,在业界同等级的输出功率激光二极管中,达到了225µm的超窄发光幅度,与290µm的市场竞品相比,发光幅度缩减了22%,因此具有高光束性能,窄发射区域和高光密度,可实现更高的分辨率和更远的范围。

 

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此外,除了在整体发光幅度范围成功使发光强度更均匀外,且激光波长的温度相关性低至0.15nm/℃,不易受温度变化的影响,因此可稳定发挥其性能,与同等输出功率、发光幅度290µm、温度相关性0.25nm/℃的市场竞品相比,激光波长的温度相关性也可降低40%,采用更小波长的带通滤光片可提供更窄的波长范围,从而提高了信噪比,因此可支持LiDAR长距离应用。另一方面,RLD90QZW3的光强度均匀,在整个发射宽度上拥有均匀的光强度,可以提高图像边缘的分辨率。


此外,RLD90QZW3采用专利技术,在同等输出功率的产品中,不仅具备了业界最窄发光幅度,而且在与发光幅度难以兼具的光电转换效率(PCE)方面,也达到了与市场竞品同等的21%(正向电流24A、75W输出时)。因此,在使用时无需担心功耗增加。


为了加快此系列产品的市场导入时程,在ROHM官网上也免费提供可评估导入此系列新产品所需的丰富设计数据,其中包括驱动电路设计方法的应用指南、电路板研发用的数据和仿真用模型(SPICE模型、Ray数据)等。


为了在未来提供解决方案,ROHM正在对LiDAR传感器的参考设计进行原型设计,也开始将其下一代器件GaN HEMT和更高输出功率的120W激光二极管RLD90QZW8商业化,这个参考设计将有助于为客户减少设计工时,并支持快速上市。


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ROHM的LiDAR传感器參考設計


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功率转换效率提升机器人的运作表现


拥有“世界工厂”之称的中国,在工业生产制造技术上,已经具有相当高的水平,在各产业领域的高水平机床/机器人,也是中国政府针对“中国制造2025”项目所指定的10个领域之一。中国的目标是到2025年完善在中国制造的过程和使用的零部件,使中国成为世界机器人技术的领先者。因此,目前已经有许多机器人公司在中国诞生。


由于人工智能、传感(图像识别)等更高的功能和增强的驱动能力,机器人应用需要更多的电力。因此,要解决的电源转换技术问题越来越大。此外,功率转换效率对于移动机器人来说,也是一个非常重要的因素。


功率转换技术的创新正在推动机器人设计的变革,目前的新型功率器件正在满足机器人应用在尺寸、重量、电源预算以及成本效率的需求,从而将机器人从工厂带入家庭与商业应用,进一步扩大市场的发展空间。


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针对工业设备应用的先进电源转换器


为了替工业设备解决电源问题,ROHM推出了工业设备用的DC/DC转换器BD9G500EFJ-LA,该器件支持广泛应用于工业机器人的48V电源,目前24-72V电源是电池供电移动机器人的主流。BD9G500EFJ-LA提供业界领先的最高性能80V高耐压5A大电流,有助于先进工业设备的更高功能和更小尺寸,可使集成多种功能的设备小型化,以及通过结合人工智能和/或物联网,来追求更多功能的工业应用。


BD9G500EFJ-LA可广泛应用于电动自行车、工业机器人、电动工具等需要48V/60V级电源输入的应用,以及需要48V级电源输入的5G基站的服务器、充电站和功率放大器。此外,如吸尘器、洗衣机等家用电器,和其他电机暴露在大浪涌电压下的应用,也会是BD9G500EFJ-LA重要的应用领域。


BD9G500EFJ-LA可增加输出电流、扩大工作温度范围,并可提高输出电压精度,ROHM还提供10年供应保证,符合ROHM的高质量设计标准,也是符合LA等级的产品。


BD9G500EFJ-LA采用高压Bi-CDMOS工艺,在具有高侧MOSFET(异步整流型)的非隔离DC/DC转换器芯片中,实现了同类最佳的80V耐压以及宽的安全工作范围。与具有同等输出电流的标准产品相比,该芯片成功地将耐压提高了约20%,不仅为5G基站和服务器的48V主电源,提供了足够的突发浪涌电压余量,也为常用的60V系统提供了足够的裕度,因此在电动自行车和电动工具中,可采用更大的电池尺寸,从而提高了应用可靠性。


同时,BD9G500EFJ-LA内建低导通电阻,具有高速瞬态响应性能,可轻松设定相位补偿,频率可在100kHz~650kHz之间进行调节。内置的低损耗MOSFET在2A至5A的宽输出电流范围内(尽管有异步整流),实现了85%的高功率转换效率,从而转化为更高的省电性能。ROHM也提供BD9G500EFJ-EVK-001评估板,可供对BD9G500EFJ-LA器件进行评估。


结语


新型的LiDAR与电源转换芯片,具备较高的质量与效能,将有助于提升机器人等工业设备的运作表现,并将机器人应用推广至家庭与商业领域。由ROHM推出的高质量激光二极管具有更高的精度与探测距离,新款电源转换芯片也可以提供更高的功率转换效率,将是机器人与自动化设备的更佳搭档。


来源:艾睿电子



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