实战干货｜48V协作机器人电机驱动电感选型

协作机器人作为工业机器人领域的重要分支，近年来在全球范围内迅速崛起。它凭借灵活性强、安全性高、操作简易等优势，广泛应用于汽车、医疗、制造业等众多领域，成为推动工业自动化和智能化发展的重要组成部分。

一、什么是协作机器人？

智能机器人的全面升级，是新一轮工业革命的重要内容。但在某些产品领域与生产线，人力操作仍不可或缺。比如装配高精度的零部件、对灵活性要求较高的密集劳动，需要协作机器人与人在生产线上协同作战，充分发挥机器人的效率及人类的智能。这种机器人相比传统的工业机器人，不仅性价比高，而且安全方便，能够极大地促进制造企业的发展 。

协作机器人具有以下主要特点：

? 轻量化：使机器人更易于控制，提高安全性。

? 友好性：保证机器人的表面和关节是光滑且平整的，无尖锐的转角或者易夹伤操作人员的缝隙。

? 感知能力：能感知周围的环境，并根据环境的变化改变自身的动作行为。

? 人机协作：具有敏感的力反馈特性，当达到已设定的力时会立即停止，在风险评估后可不需要安装保护栏，使人和机器人能协同工作。

传统工业机器人与协作机器人的特点对比如下：

表1. 传统工业机器人与协作机器人的对比

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二、协作机器人电机驱动供电系统趋势

根据应用和功能的不同，机器人含许多功能元素，包括联接、图像感知、位置感测和电机控制等。还有许多不同的电源子系统，包括AC-DC转换、电池管理、DC-DC转换、多相转换器、传感器和电机驱动器。其中，电机驱动系统是协作机器人的核心组件，主要负责精准控制关节运动并提供动力支持。

协作机器人应用框图

电机驱动系统一直以来是以12V市场为主。48V系统之所以流行起来，是因为该电压是通用的最高安全电压。与主电源供电的设备相比，硬件工程师可省去系统保护设计，可缩小产品的尺寸（与12V供电产品相比），从而减少重量、成本和功率损耗。直接由48V供电的电机通常比较小，在机器人应用中，可支持更小和更轻的接头，从而提高机器能效、灵巧性和可靠性，同时减轻重量和成本。为机器人应用开辟更多潜在的机会，进而提高工业自动化的水平。

表2. 协作机器人电机驱动电压等级对比表

三、 48V电机驱动供电系统电感选型

电感器作为48V电机驱动供电系统的重要元器件之一，主要用于DC-DC 转换器（如 Buck、Boost、Buck-Boost 电路）中，其作用涵盖能量存储、滤波、抑制干扰及保障系统稳定运行等多个方面。合理选型低损耗、高饱和电流的大电流电感器可显著提升系统效率和稳定性。同时，电感具备较强的EMI抑制功能，可以降低DC-DC开关噪声对其他敏感电路的干扰。

在48V电机驱动供电系统中，电感器的性能直接影响系统的稳定性、效率和可靠性。因此，电感器的选型对于硬件工程师来说至关重要，需综合考虑电感值、饱和电流、直流电阻、工作频率等参数，缺一不可。

1. 电感值（Inductance）

电感值是电感器最基本的参数之一，表示电感器储存磁能的能力。它决定了电路中的纹波电流大小以及能量存储能力。在48V电机驱动供电系统中，合适的电感值能够有效平滑电流纹波，提高供电系统稳定性。

2. 饱和电流（Saturation Current）

饱和电流是指当通过电感器的直流电流达到一定值时，其磁芯开始进入饱和状态。磁饱和会导致磁芯丧失储存能量的能力，从而影响系统稳定运行。

对于如何选择合适的饱和电流规格，主要基于负载需求和降额设计。选型时应优先选择饱和点较高且温度稳定性良好的磁性材料（如铁氧体或软磁合金）。此外，可考虑一体成型结构的电感器，以减少漏磁并提高抗饱和能力。

3. 直流电阻（DCR）

DCR越低，通入直流时产生的功耗越小，从而提高整体效率。在选型时，应优先选择具有低DCR特性的产品，同时确保其体积与功率密度设计相匹配。例如，在紧凑型设计中，可考虑采用扁平线一体成型结构以实现低DCR与高功率密度的平衡。

4. 工作频率（Operating Frequency）

随着宽禁带半导体（如 SiC、GaN）的普及，开关频率将进一步提升至 MHz 级，电感向高频化、小体积、大电流方向发展，以适应更高功率密度的需求。在高频条件下，传统磁性材料可能无法满足需求，会加剧磁芯损耗带来的发热等问题。因此，选择高频应用的电感器是保证系统稳定运行的关键。

四、科达嘉电感解决方案

科达嘉通过自主研发和技术创新，为协作机器人48V电机驱动供电系统提供了多种适配的电感解决方案，助力工业自动化发展。公司推出了大电流电感、一体成型电感、贴片功率电感等多个类别、多个型号产品，提供不同的电气特性，满足该系统对电感器的高性能需求。

1. 大电流电感（High Current Power Inductor）

大电流电感采用金属磁粉芯+扁平线绕组设计，具有高饱和电流、低损耗、高转换效率、高工作温度等特点，满足48V电机驱动供电系统高工作电流、低损耗、高功率密度等需求。

2. 一体成型电感（Molding Power Choke）

一体成型电感采用低损耗磁粉芯材料压铸成型，具有全屏蔽结构、抗电磁干扰性能强、低直流电阻、大电流、低磁芯损耗等特点，满足48V电机驱动供电系统对电感小体积、大电流、抗电磁干扰性能等需求。

3. 贴片功率电感（SMD Power Inductor）

贴片功率电感采用高频低损耗磁芯材料，高频损耗低；小体积，适合高密度贴装；磁屏蔽结构设计，抗电磁干扰能力强。

不同种类的电感器有各自的性能优势。在设计48V电机驱动供电系统时，需要根据实际情况选择合适的电感类型和参数，以达到性能、体积和成本的平衡。

审核编辑 黄宇