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【导语】随着AI与自动化技术的飞速发展，机器人应用边界不断拓宽，对续航和充电能力提出了更高要求。传统充电方式已难以满足新一代机器人的快速补能需求，机器人充电技术的革新成为业界关注焦点。GaN、SiC等第三代半导体技术的崛起，为机器人充电问题的解决提供了新思路。众多产业链企业积极布局，推出创新快充方案，传统充电方案也在同步进化。未来，机器人供电系统将呈现“新材料+传统方案”并行的发展态势，推动产业迈向更高效、智能的新阶段。

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）随着AI、自动化等技术的发展，机器人的应用场景不断扩大，从工业制造、物流运输、医疗护理、教育服务等多个领域延伸。然而，随着机器人应用边界的拓展，其对续航能力和充电能力的要求也随之增加，传统充电方式已难以满足新一代机器人对于快速补能、高效运行的需求，如何满足机器人的充电需求成为新的话题。

当前，机器人可以分为四类，一个是以扫地机为代表的家用机器人，二是以AGV机器人为代表的物流仓储机器人，三是工业机械臂，四是人形机器人。TrendForce集邦咨询提到人形机器人续航时间基本在2小时到6个小时左右，充电实现约为1小时左右。

该如何实现快速的电量补充，第三代半导体技术在机器人的充电问题上，可以发挥出哪些作用，产业链玩家都推出了哪些解决方案适配市场需求呢？


机器人充电功率升级，GaN/SiC成充电新宠

与传统Si MoS相比，第三代半导体GaN、SiC有着明显的优势。其中GaN的优势包括低器件损耗、低死区时间、高开关性能。这些优势让其适用于人形机器人的多个方向，包括旋转执行器的无框力矩电机、灵巧手中的空心杯电机、智能感知系统的雷达、电池中的BMS、充电器中的AC/DC，以及AI及控制系统的DC/DC等。

镓奥科技市场总监戚永乐在公开演讲中分享了一组数据，他提到，按照单台人形机器人GaN器件总用量约需200颗/台(中值估算)，预计到2031年，全球人形机器人出货量预计达到100万，将带来大约2亿颗GaN 晶体管的需求。

人形机器人的充电功率通常在600W到3000W左右，具体数值取决于其任务需求、电池容量以及运行时的能耗水平。随着对机器人续航能力和工作效率要求的不断提高，提升充电功率成为一种趋势。

然而，充电功率的提升也带来了技术挑战。一是发热问题，高功率充电过程中会产生大(dà)量(liàng)热量，若散热不及时或设计不合理，会影响系统稳定性。二是尺寸问题，为了承载更大功率，充电模块的体积和重量随之增加，不利于机器人轻量化、紧凑化的设计目标。三是噪声问题，高功率运行还可能引发电磁干扰和机械噪声等问题，影响机器人在人机协作环境中的使用体验与安全性。

与传统Si MoS相比，GaN、SiC器件能够在一定程度解决上述问题，因此也受到机器人供应链企业广泛关注与布局。例如在DC-DC电源的应用中，GaN DC-DC电源的功率密度可达传统硅基方案的2-3倍，紧凑的设计，将电源体积缩小40%。

GaN功率器件有着优秀的散热性能，镓未来研发&市场总监张大江在公开演讲时介绍，在直流电压240V、升压到400V，工作频率100KHz的图腾柱PFC电路中，GaN电路的转化效率在1000W以上可以做到99%的转换效率，整体来看从500W到3000W能做到98%。而采用传统的Si器件，峰值效率只能99%。两者损耗实际上相差了三倍。“这对于大功率充电来讲，散热性能会产生很大的差异。散热相差三倍，也可以说能够实现的功率密度相差三倍。”

图源：稼未来

当然，在机器人等大功率应用场景中，SiC、GaN有着不同的优势。张大江表示，SiC适用于大功率、高电压，且开关频率和功率度高于硅器件；GaN适用于中等功率，电压通常在100V~900V具有最高的开关频率和功率密度。

此外，SiC、GaN在成本上的表现也不一样，英嘉通CTO蒋胜表示，随着SiC产业的不断成熟，单片SiC wafer成本相比2024年同期已下降超过100%，趋势还将继续。他提到，等效规格对比单片6 inch gross die，SiC产出相比GaN可超过50%，相比CoolMOS超出大于450%，相比VDMOS超出大于750%。


GaN/SiC创新快充，传统方案同步进化

目前，业内已有多家厂商推出面向机器人市场的GaN、SiC的充电解决方案。

在基于GaN的充电解决方案方面，英诺赛科、稼奥科技已经推出了各自的充电方案。

针对机器人AI大脑及控制系统的供电，英诺赛科提供了1.2KW输出功率、48V到12V高效电压转换的解决方案，采用了3.5毫欧的(de)GaN功(gōng)率(lǜ)器(qì)件(jiàn)，在(zài)满(mǎn)足(zú)机(jī)器(qì)人(rén)小(xiǎo)型(xíng)化(huà)与(yǔ)轻(qīng)量(liàng)化(huà)的(de)同(tóng)时(shí)提(tí)升(shēng)了(le)整(zhěng)体(tǐ)能(néng)效(xiào)。

英(yīng)诺(nuò)赛(sài)科(kē)还(hái)推(tuī)出(chū)了(le)针(zhēn)对(duì)机(jī)器(qì)人(rén)的(de)快(kuài)充(chōng)解(jiě)决(jué)方(fāng)案(àn)，能(néng)够(gòu)提(tí)高(gāo)机(jī)器人的使用效率，其推出的240W AII GaN BTP PFC+LLC解决方案，具备三大优势，一是高效率，系统效率可达97%(230Vac)，在低电压输入（90Vac）下也能实现95.2%的效率有效减少能量损耗。二是小体积，PCBA尺寸为85.5*58*20.5mm，适合集成于结构复杂的机器人本体中；三是高功率密度，达38.7W/in3(PCBA)。

镓奥科技同样推出了机器人充电机方案，镓奥科技市场总监戚永乐介绍，公司推出了CL-PAS-1600-48A是国际通用电压范围输入AC/DC电源模块，适应于额定 200~240Vac 交流输入电压。转换效率高达 93%。

在基于SiC的充电解决方案的进展方面，英嘉通发布了8款规格的750V SiC MOS产品，包括IGC060R075系列等。

其750V SiC MOS产品具备四大优势：一是高温特性，相同规格器件，在(zài)125度(dù)下(xià)，SiC MOS器(qì)件(jiàn)RON减少40%。二是其750V SiC MOS产品雪崩击穿电压850V以上，使用更安全相比；且与GaN产品，避免了耐压上的过量设计，具有成本优势。三是在动态电阻方面，对于GaN来说，高压硬开关条件下动态电阻依旧是很大的挑战，SiC MOS 没有动态电阻问题。四是短路问题，这是GaN器件的挑战之一，但SiC MOS器件通过设计可以应对超过15us以上的短路时间。英嘉通750V SiC MOS产品的短路时间设计值2.5us。五是成本优势。六是可靠性优势。

当然，基于SiC和GaN第三代半导体的充电解决方案有其创新性和优势，这并不意味着传统的基于硅材料的充电方案(àn)已(yǐ)经(jīng)可(kě)以(yǐ)被(bèi)放(fàng)弃(qì)，毕(bì)竟(jìng)传(chuán)统(tǒng)方(fāng)案(àn)在(zài)成(chéng)本(běn)和(hé)成(chéng)熟(shú)度(dù)方(fāng)面(miàn)具(jù)有(yǒu)优(yōu)势(shì)。

因(yīn)此(cǐ)也(yě)有(yǒu)不(bù)少(shǎo)深(shēn)耕(gēng)传(chuán)统(tǒng)充(chōng)电(diàn)解(jiě)决(jué)方(fāng)案(àn)的(de)电(diàn)源(yuán)管(guǎn)理(lǐ)芯(xīn)片(piàn)公(gōng)司(sī)也(yě)针(zhēn)对(duì)机(jī)器(qì)人(rén)的(de)充(chōng)电(diàn)问(wèn)题(tí)推(tuī)出(chū)快(kuài)充(chōng)方(fāng)案(àn)。例(lì)如(rú)昂(áng)宝(bǎo)电(diàn)子(zi)推(tuī)出(chū)了(le)48V 机(jī)器(qì)人(rén)快(kuài)充(chōng)解(jiě)决(jué)方(fāng)案(àn)。该(gāi)方(fāng)案(àn)采用(yòng)了(le)先(xiān)进(jìn)的(de) AHB（不(bù)对(duì)称(chēng)半(bàn)桥(qiáo)）拓(tà)扑(pū)架(jià)构(gòu)，并(bìng)结(jié)合(hé)昂(áng)宝(bǎo)自(zì)主研(yán)发(fā)的(de)多(duō)款(kuǎn)高(gāo)性(xìng)能(néng)电(diàn)源(yuán)管(guǎn)理(lǐ)芯(xīn)片(piàn)，包(bāo)括(kuò)OB2627（高(gāo)度(dù)集成(chéng)的(de) USB PD3.1 接(jiē)口(kǒu)控(kòng)制(zhì)器(qì)）、OB2793（高(gāo)压(yā)控制器芯片）、OB6560（高压协议识别芯片）和OB6669（数字接口控制器）构建了一个智能化的快充系统。

根据介绍，AHB 拓扑融合了反激变换器和不对称半桥的技术优势，能够显著降低开关损耗，提高了整体转换效率，能够在大电流场景中实现快速的动态响应。同时，该方案支持 3.3 - 60V 宽范围输出，结合快充协议的 10mV 级电压步进调节，可精准适配不同机器人电池包的 CC - CV 充电曲线，提升了系统的兼容性，还省去了传统方案中所需的额外充电管理电路，有效减小了系统体积，降低了整体成本。

48V 机器人快充解决方案中，能够支持包括 USB PD3.1 EPR 48V以及(jí) BC1.2 DCP 等(děng)多(duō)种(zhǒng)主流(liú)快(kuài)充(chōng)协(xié)议(yì)，并(bìng)可(kě)通(tōng)过(guò) USB PD 协(xié)议(yì)与(yǔ)电(diàn)源(yuán)端(duān)进(jìn)行(xíng)通(tōng)信(xìn)，自(zì)动(dòng)完(wán)成(chéng)协(xié)议(yì)协(xié)商(shāng)。这(zhè)对(duì)于(yú)需(xū)要(yào)频(pín)繁(fán)操(cāo)作(zuò)且工作周期短的机器人来说至关重要，能够大幅提高工作效率。


小结：

随着机器人产业链的不断完善，未来机器人之间的竞争将不再(zài)仅(jǐn)仅(jǐn)局(jú)限(xiàn)于(yú)算(suàn)法(fǎ)、感(gǎn)知(zhī)或(huò)执(zhí)行(xíng)能(néng)力(lì)，而(ér)是(shì)转(zhuǎn)向(xiàng)包(bāo)括(kuò)供(gōng)电(diàn)系(xì)统(tǒng)在(zài)内(nèi)的(de)整(zhěng)体(tǐ)性(xìng)能(néng)比(bǐ)拼(pīn)。目(mù)前(qián)，英(yīng)诺(nuò)赛(sài)科(kē)、镓(jiā)奥(ào)科(kē)技(jì)、稼(jia)未(wèi)来(lái)、英(yīng)嘉(jiā)通(tōng)、昂(áng)宝(bǎo)电(diàn)子(zi)等(děng)企(qǐ)业(yè)积(jī)极(jí)布(bù)局(jú)机(jī)器(qì)人(rén)快(kuài)充(chōng)相(xiāng)关解(jiě)决(jué)方(fāng)案(àn)，并(bìng)推(tuī)出(chū)基(jī)于(yú)GaN/SiC器(qì)件(jiàn)、AHB 拓(tà)扑(pū)架(jià)构(gòu)等(děng)先(xiān)进(jìn)技(jì)术(shù)平(píng)台(tái)的(de)产(chǎn)品(pǐn)，在(zài)成(chéng)本(běn)控(kòng)制(zhì)、散(sàn)热(rè)与(yǔ)充(chōng)电(diàn)效(xiào)率(lǜ)等(děng)方(fāng)面(miàn)展(zhǎn)现(xiàn)出(chū)竞(jìng)争(zhēng)力(lì)。未(wèi)来(lái)，机(jī)器(qì)人(rén)供(gōng)电(diàn)系(xì)统(tǒng)的(de)演(yǎn)进(jìn)将(jiāng)呈(chéng)现(xiàn)“新(xīn)材(cái)料(liào)突(tū)破(pò)+传(chuán)统(tǒng)方(fāng)案(àn)升(shēng)级(jí)”并(bìng)行(xíng)的(de)发(fā)展(zhǎn)格(gé)局(jú)，推(tuī)动(dòng)整(zhěng)个(gè)产(chǎn)业(yè)向(xiàng)更(gèng)高(gāo)效(xiào)、更(gèng)智(zhì)能(néng)的(de)方(fāng)向(xiàng)迈(mài)进(jìn)。