Maak gebruik van 48V-robotica:verhoog de efficiëntie en kracht in de industriële automatisering

De vraag naar efficiëntie en kosteneffectiviteit in elektrische systemen stimuleert de adoptie van 48V-systemen in alle sectoren. Deze systemen met hogere spanning bieden een optimaal alternatief voor conventionele 12- of 24-V-architecturen, vooral waar een hoge vermogensafgifte essentieel is. Industriële automatisering en telecommunicatie maken gebruik van 48 V om motoren, actuatoren en andere krachtige apparatuur aan te drijven.

De voordelen van het gebruik van 48V-systemen zijn onder meer:

• Grotere ladingen vervoeren: in tegenstelling tot 12V-systemen, die moeite hebben om aan de moderne stroomvereisten te voldoen

• Lagere stromingen: een hogere spanning verviervoudigt de stroomvereisten

• Verminderd stroomverlies: lagere stromen betekenen minder vermogensverlies, minder warmte die wordt afgevoerd en een hoger rendement; werkt op een hogere spanning

• Hogere vermogensdichtheid: geïntegreerde 48V-oplossingen maken een ruimte met een hogere vermogensdichtheid mogelijk, wat zich vertaalt in een groter rijbereik en een lager energieverlies in schone energiesystemen

• Lichtere bekabeling: dunnere kabels verlagen de kosten en verminderen het gewicht en de ruimte.

Geschiedenis van stroomdistributiesystemen

Het 6V-stroomdistributiesysteem werd een praktische standaard voor ontsteking en verlichting in vroege auto's, grotendeels beïnvloed door het wijdverbreide gebruik van batterijen in die tijd. De eenvoud en het gebruiksgemak maakten het tot een populaire keuze. Hoewel 24V-systemen aanvankelijk werden uitgeprobeerd, bijvoorbeeld in de Cadillac uit 1912 met zijn elektrische starter, kreeg het 6V-systeem snel de overhand voor de meeste elektrische functies in auto's.

Naarmate de autotechnologie vorderde, begon de vraag naar elektrische accessoires zoals radio's, verwarmingen en later elektrisch bedienbare ramen te groeien. Dit zorgde voor een grotere druk op het elektrische systeem, wat de beperkingen van de 6V-opstelling benadrukte. Een 12V-systeem bood een belangrijk voordeel:voor hetzelfde uitgangsvermogen had het slechts de helft van de stroom nodig, wat het risico op oververhitting verkleinde en het gebruik van lichtere, beter beheersbare bedrading mogelijk maakte.

De ontwikkeling van betrouwbare 12V-loodzuuraccu's en dynamo's ondersteunde de transitie verder. Omdat deze componenten in de loop der jaren eenvoudiger te produceren en kosteneffectiever werden, werd het 12V-systeem de nieuwe standaard. Dit leidde tot het ontwerp en de wijdverbreide toepassing van compatibele elektrische onderdelen, waaronder verlichting en motoren die efficiënter werkten bij de hogere spanning.

De strijd van traditionele systemen

AMT49100 3-fase BLDC-poortdriver. (Afbeelding:Allegro)

Aan de moderne stroombehoefte kan niet worden voldaan met traditionele 12V-systemen, die momenteel de steunpilaar van de stroomvoorziening vormen. De beperkingen van 12V-systemen worden duidelijk als je rekening houdt met factoren als stroomverlies en kabeldikte.

Naarmate de stroomvraag toeneemt, nemen ook de stromen binnen een 12V-systeem op lineaire wijze toe (P =V * I). Dit resulteert in hogere vermogensverliezen langs alle bedrading van de voedingsbron naar de belasting (Ploss =I2 * R).

Deze vermogensverliezen manifesteren zich als ongewenste warmte en verminderde systeemefficiëntie. Bovendien zijn voor het beheer van hogere stromen dikkere en zwaardere kabels nodig, wat het systeemontwerp zwaarder en duurder maakt.

Industriële automatiseringsapparatuur

Deze 48V-systemen worden steeds vaker gebruikt in de industriële automatisering en robotica en bieden een hoger vermogen en verbeterde veiligheid ten opzichte van systemen met een lagere spanning. Dit omvat componenten zoals motoren, sensoren en poortdrivers die zijn ontworpen om te voldoen aan de hogere spannings- en vermogenseisen van industriële toepassingen.

De lagere stromen in deze systemen verminderen de warmteontwikkeling en het potentiële brandgevaar. Vergeleken met systemen met een hogere spanning vereisen 48V-systemen minder isolatie, wat een factor kan zijn bij compacte ontwerpen. Omdat ze onder de veiligheidslimiet van 60 V vallen, worden ze vaak beschouwd als SELV (veiligheid extra lage spanning), wat betekent dat ze zijn ontworpen om veilig te zijn voor direct contact met niet-afgeschermde apparatuur.

Deze systemen bieden verbeterde efficiëntie en precisie door het energieverlies te verminderen, waardoor snellere controle mogelijk is en kleinere, lichtere apparatuur, grotere behendigheid en verbeterd thermisch beheer mogelijk zijn.

48V-oplossingen met hoog rendement

ACS37220 Stroomsensor met lage weerstand. (Afbeelding:Allegro)

Allegro biedt een breed scala aan sensor- en stroom-IC-producten, klaar voor gebruik bij het ontwerp van 48 V-systemen voor een groot aantal robottoepassingen. Het verminderde vermogensverlies met de 48 V-oplossingen van Allegro vertaalt zich in een tastbare toename van het brandstofverbruik voor milde hybrides, waardoor de actieradius voor alle geëlektrificeerde voertuigen aanzienlijk wordt vergroot en de energieconversie-efficiëntie in zonne-energie-omvormers wordt verbeterd.

De motor- en poortaandrijvingen van Allegro bieden nauwkeurige en efficiënte regeling van 48V-motoren en actuatoren die worden gebruikt in de automobiel- en industriële automatisering, waardoor de productiviteit en betrouwbaarheid worden verbeterd. Hun geïntegreerde stroomsensor-IC ondersteunt hoogspanningstoepassingen, terwijl de digitale positiesensoren robuustheid en betrouwbaarheid leveren als aanvulling op de motordrivers.

Autonome mobiele robots (AMR's) navigeren door dynamische omgevingen voor logistiek en inspectie, waarbij nauwkeurige bewegingen, robuust batterijbeheer en betrouwbare obstakeldetectie vereist zijn. De geïntegreerde motordrivers van Allegro, magnetische sensoren voor positionering en belastingsdetectie, en efficiënte IC's voor energiebeheer verbeteren de AMR-prestaties, optimaliseren het energieverbruik en zorgen voor operationele veiligheid in diverse omgevingen.

Collaboratieve robots (cobots) werken veilig met mensen en vereisen nauwkeurige bewegingen, geavanceerde veiligheidsvoorzieningen (SIL-2/3) en efficiënte kracht voor scharnierende gewrichten. De 48V-poortdrivers van Allegro, positiesensoren met hoge resolutie en nauwkeurige stroomsensoren zorgen voor robuuste gewrichtsprestaties, betrouwbaar remmen en geoptimaliseerd energiebeheer voor betrouwbare samenwerking tussen mens en robot.

Humanoïde robots streven naar mensachtige bewegingen en interactie en vereisen geavanceerde bediening, dynamisch evenwicht en complexe perceptie. Allegro's geavanceerde servomotorbesturing, veelzijdige meerassige positiedetectie en efficiënte energiebeheertechnologieën zijn van fundamenteel belang voor de ingewikkelde mechanica en veeleisende prestaties die nodig zijn voor de talrijke gewrichten in mensachtige robots.

Waarom stoppen bij 48V?

ACSEVB-EZ7-37220-100B3 Eval.Board voor de ACS37220 stroomsensor (links). APEK85111KNH-02-T-MH Eval.Board voor AHV85111 geïsoleerde poortdriver (rechts). (Afbeelding:Allegro)

De belangrijkste factor achter deze limiet waren de veiligheidsnormen waaraan moest worden voldaan. Organisaties zoals UL en NFPA classificeren spanningen onder 60 V als SELV en beschouwen ze als veilig voor menselijk contact met niet-afgeschermde apparatuur. Systemen die boven 48 V werkten, vereisten robuustere componenten en techniek om adequate isolatie en isolatie te garanderen, waardoor de totale kosten en complexiteit toenamen.

Hoewel 48V-systemen kosteneffectief zouden kunnen zijn, brachten systemen met een hogere spanning vaak hogere initiële kosten met zich mee vanwege de behoefte aan gespecialiseerde componenten en bedrading. Hun ontwerp was vaak complexer en de implementatie kon duurder zijn, omdat gespecialiseerde onderdelen duurder waren of ingewikkelder productieprocessen vereisten.

De revolutie in kunstmatige intelligentie aandrijven

Het leveren van AI-reacties met lage latentie vereist aanzienlijke rekenkracht, waardoor de energiebehoefte van datacenters aanzienlijk toeneemt. Om de efficiëntie te verbeteren en de koelingsvereisten te verminderen, stappen datacenters over van 12V- naar 48V-voedingssystemen.

Innovaties in het ontwerp van stroomvoorzieningen ondersteunen deze verschuiving, waarbij toekomstige ontwikkelingen gericht zijn op het verbeteren van de prestaties en dichtheid van de stroomvoorziening. Daarom moeten datacenters worden uitgerust met krachtige servers, geavanceerde koelsystemen en een robuuste energie-infrastructuur om de werklast effectief te kunnen beheren.

Exploitanten van datacenters maken steeds vaker gebruik van energie-efficiënte technologieën zoals vloeistofkoeling, hernieuwbare energiebronnen en servervirtualisatie om hun CO2-voetafdruk te verkleinen en de bedrijfskosten te verlagen.

Conclusie

De verschuiving van 12V- naar 48V-systemen wordt gedreven door de behoefte aan verbeterde efficiëntie en verminderde koelingseisen. In de industriële automatisering bieden deze systemen een hoger vermogen en verbeterde veiligheid vergeleken met opties met een lagere spanning.

Componenten zoals motoren, sensoren en poortdrivers zijn specifiek ontworpen voor 48V-systemen, met de nadruk op veiligheid, vermogen, mobiliteit en kostenbesparingen. Met een breed scala aan 48V-producten levert Allegro oplossingen die een hogere integratie mogelijk maken, evenals ruimte- en energiebesparingen, zodat u zich kunt concentreren op uw toepassing.

Rich Miron is een senior ontwikkelaar van technische inhoud voor DigiKey (Thief River Falls, MN). Bezoek hier . voor meer informatie