【导读】现有机器人驱动器多采用4－16kHz PWM频率，虽可转换电流为正弦波，但电机端仍为高dv/dt PWM波形，高频方案亦受电磁干扰、滤波成本及转矩控制精度限制。针对这些痛点，PT的MicroDyno以GaN晶体管实现1MHz高速开关，集成紧凑型滤波器输出纯净正弦电压，动态校正齿槽转矩波动，无需昂贵外设与屏蔽电缆，实现机器人驱动精度、成本与兼容性突破，且可拓展至高压领域。
尽管有一些专业系统可以达到100kHz频率，但它们面临电磁干扰方面的挑战，而且频率仍然太低，无法实现真正正弦电压输出和电磁干扰(EMI)滤波所需的小型、低成本滤波器。
InnCat公司董事兼首席技术与创新官(CTIO)Simon Hart表示，即使是最好的伺服电机也可能存在严重的齿槽转矩。“我花了大量时间研究快速控制回路和转矩补偿器，以获得所需的速度平滑度。”他说，“但随着时间的推移，回路响应会发生漂移。”
QPT的解决方案MicroDyno采用动态校正齿槽转矩与转矩波动的技术，并在驱动器内部集成高保真传感，从而显著提升协作机器人和通用机器人的性能。而且，这一切无需像标准PWM系统那样使用昂贵的外部传感器或编码器。
由于集成了滤波器，无需使用昂贵的屏蔽电缆，从而大大简化了电磁兼容性(EMC)设计。(来源：QPT)
MicroDyno的工作原理
QPT的低压平台能够以标准频率约100倍的频率，最大限度地发挥GaN晶体管的性能。它采用体积小巧、成本低廉的输出滤波器，直接在电机端子处产生纯净的正弦电压，并具有极高的信噪比(SNR)。这反过来又消除了电磁干扰(EMI)，降低了轴承电流，并实现了“无传感器传感”。此外，它还允许使用非屏蔽电缆，这对于机器人集成至关重要。
MicroDyno的开关速度为1MHz，集成了一个紧凑型滤波器，可为电机提供真正的正弦波电压。这一特性使其区别于现有的低频PWM系统。因此，QPT首席技术官兼创始人Rob Gwynne将其称为具有智能滤波功能的超高速GaN开关解决方案。
“对于机器人应用而言，我们不仅仅是在提高平滑度，”他补充道，“我们现在可以实时动态地校正转矩波动和齿槽效应，即使是昂贵的基于编码器的系统也无法达到如此高的精度。”他表示。这为制造更精确、更紧凑、更可靠的机器人铺平了道路，同时大大降低了系统成本。
MicroDyno利用正弦波驱动的高信噪比来检测时域和频域中的电压和电流扰动。因此，它的性能优于价格昂贵的基于编码器的静态方法，后者会随时间漂移，并且无法对输出转矩的变化做出实时动态响应。
此外，它还采用了QPT的qControl技术，该技术能够以皮秒级的精度生成1MHz的信号。这使得微型滤波器能够输出真正的正弦电压，从而产生更纯净的控制信号，实现平稳运动。纯净的正弦波输出还支持高级转矩和振动监测，从而实现高级传感和预测性维护。
超越机器人领域
MicroDyno是一款适用于机器人和协作机器人的48V电机驱动器，其应用范围可扩展至400V和800V系统，并具备类似的高频正弦波优势。这为该低压电机驱动器在工业自动化、暖通空调(HVAC)和电动汽车牵引领域的应用开辟了道路。
此外，其独特的正弦波输出特性，使得设计多相模块成为可能，这些模块可以并联使用，从而以更少的模块数量实现兆瓦级的功率输出。
QPT首席技术官Gwynne希望MicroDyno的可扩展性能够为面向全电压等级的新一类电机驱动器奠定基础。这是一个重要的前提，尤其是在电机消耗了全球近45%的电力的情况下。
QPT声称，其基于GaN的MicroDyno解决方案能够以更低的系统复杂性和成本实现更高的控制精度和效率。其实现方式是消除所有电机驱动系统中由脉宽调制(PWM)引起的效率损失、噪声和磨损。
总结
现有机器人驱动器多采用4－16kHz PWM频率，虽可转换电流为正弦波，但电机端仍为高dv/dt PWM波形，高频方案亦受电磁干扰、滤波成本及转矩控制精度限制。针对这些痛点，QPT的MicroDyno依托GaN晶体管实现1MHz超高速开关，集成紧凑型滤波器输出纯净正弦电压，通过动态校正技术解决齿槽转矩波动，无需昂贵外部传感器与屏蔽电缆，为机器人驱动系统实现精度、成本与兼容性突破，且可延伸至多领域高压系统。
