【導讀】近年來，在掃地機器人、無人搬運車（AGV）和自動駕駛汽車等自動化應用中，越來越多設備采用可以準確測量距離和識別空間的LiDAR（激光雷達），此外，電源轉換器件也對自動化設備的穩定運行扮演重要的角色。本文將為您介紹LiDAR與電源轉換器件的發展，以及由ROHM（羅姆半導體）所推出的激光二極管與電源轉換器件解決方案的功能與特性。
AI技術提升LiDAR識別物體的能力
近年來，利用LiDAR測量的點云數據和物體檢測算法（YOLO/Faster-RCNN/SSD等）的基于深度學習（卷積網絡）的邊緣AI技術正在逐年快速發展。3D成像技術與深度學習相結合的創新，也成為人工智能機器人的核心技術。隨著LiDAR技術的日漸成熟與成本的逐年降低，目前在許多機器人與汽車應用中，已經開始廣泛采用LiDAR來準確測量距離和識別空間中的物體。
采用經過AI與機器學習技術加持的攝像機與LiDAR，其感測效能表現明顯優于傳統攝像機的電腦視覺技術，算法能自動適應各種照明與天候狀況，能夠更正確、彈性、穩定進行路況的偵測、追蹤與分類，以區別出道路上與周遭的腳踏車騎士、駕駛人、行人。因此，為了能更遠、更準確以及功耗更低地檢測到信息，對于當作光源的激光二極管性能也出現了更高的要求。
提供更高質量的高輸出功率激光二極管
在LiDAR和物體檢測技術中，輸出高清光束的光源對于實現準確的物體定位、分類和分割至關重要。ROHM激光二極管通過多年來積累的光波導設計和工藝技術，實現高質量的光束形狀，可以為人工智能和機器人技術的發展做出貢獻，這些技術在未來將需要越來越復雜的操作。
ROHM具備可達成更窄發光幅度的自有專利技術，有助于LiDAR支持更遠的距離并確保更高的精度。ROHM的25W高輸出功率激光二極管── RLD90QZW5從2019年開始量產，在以消費性電子領域為主的應用中深受好評，導入成效出眾。此次，為了將應用擴展到市場逐漸成長的工控設備領域，ROHM研發出了75W高輸出功率的激光二極管── RLD90QZW3。
RLD90QZW3采用了905nm、75W、225μm的不可見脈沖激光二極管，實現了窄發光寬度，有助于延長檢測距離并提高感應精度。采用ROHM的先進結構，RLD90QZW3的能源轉換效率高，而且可以減少波長的溫度波動，有助于實現低功耗和長壽命。RLD90QZW3采用行業標準的Φ5.6 CAN封裝，適用于激光測距儀、無人搬運車和保全監控等。
RLD90QZW3為一款紅外75W高輸出功率激光二極管，針對利用3D ToF系統進行測距和空間識別的LiDAR所研發。以ROHM獨家組件研發技術，在業界同等級的輸出功率激光二極管中，達到了225μm的超窄發光幅度，與290μm的市場競品相比，發光幅度縮減了22%，因此具有高光束性能，窄發射區域和高光密度，可實現更高的分辨率和更遠的范圍。
此外，除了在整體發光幅度范圍成功使發光強度更均勻外，且激光波長的溫度相關性低至0.15nm/℃，不易受溫度變化的影響，因此可穩定發揮其性能，與同等輸出功率、發光幅度290μm、溫度相關性0.25nm/℃的市場競品相比，激光波長的溫度相關性也可降低40%，采用更小波長的帶通濾光片可提供更窄的波長范圍，從而提高了信噪比，因此可支持LiDAR長距離應用。另一方面，RLD90QZW3的光強度均勻，在整個發射寬度上擁有均勻的光強度，可以提高圖像邊緣的分辨率。
此外，RLD90QZW3采用專利技術，在同等輸出功率的產品中，不僅具備了業界最窄發光幅度，而且在與發光幅度難以兼具的光電轉換效率（PCE）方面，也達到了與市場競品同等的21%（正向電流24A、75W輸出時）。因此，在使用時無需擔心功耗增加。
為了加快此系列產品的市場導入時程，在ROHM官網上也免費提供可評估導入此系列新產品所需的豐富設計數據，其中包括驅動電路設計方法的應用指南、電路板研發用的數據和仿真用模型（SPICE模型、Ray數據）等。
為了在未來提供解決方案，ROHM正在對LiDAR傳感器的參考設計進行原型設計，也開始將其下一代器件GaN HEMT和更高輸出功率的120W激光二極管RLD90QZW8商業化，這個參考設計將有助于為客戶減少設計工時，并支持快速上市。
ROHM的LiDAR傳感器參考設計
功率轉換效率提升機器人的運作表現
擁有“世界工廠”之稱的中國，在工業生產制造技術上，已經具有相當高的水平，在各產業領域的高水平機床／機器人，也是中國政府針對“中國制造2025”項目所指定的10個領域之一。中國的目標是到2025年完善在中國制造的過程和使用的零部件，使中國成為世界機器人技術的領先者。因此，目前已經有許多機器人公司在中國誕生。
由于人工智能、傳感（圖像識別）等更高的功能和增強的驅動能力，機器人應用需要更多的電力。因此，要解決的電源轉換技術問題越來越大。此外，功率轉換效率對于移動機器人來說，也是一個非常重要的因素。
功率轉換技術的創新正在推動機器人設計的變革，目前的新型功率器件正在滿足機器人應用在尺寸、重量、電源預算以及成本效率的需求，從而將機器人從工廠帶入家庭與商業應用，進一步擴大市場的發展空間。
針對工業設備應用的先進電源轉換器
為了替工業設備解決電源問題，ROHM推出了工業設備用的DC/DC轉換器BD9G500EFJ-LA，該器件支持廣泛應用于工業機器人的48V電源，目前24-72V電源是電池供電移動機器人的主流。BD9G500EFJ-LA提供業界領先的最高性能80V高耐壓5A大電流，有助于先進工業設備的更高功能和更小尺寸，可使集成多種功能的設備小型化，以及通過結合人工智能和／或物聯網，來追求更多功能的工業應用。
BD9G500EFJ-LA可廣泛應用于電動自行車、工業機器人、電動工具等需要48V/60V級電源輸入的應用，以及需要48V級電源輸入的5G基站的服務器、充電站和功率放大器。此外，如吸塵器、洗衣機等家用電器，和其他電機暴露在大浪涌電壓下的應用，也會是BD9G500EFJ-LA重要的應用領域。
BD9G500EFJ-LA可增加輸出電流、擴大工作溫度范圍，并可提高輸出電壓精度，ROHM還提供10年供應保證，符合ROHM的高質量設計標準，也是符合LA等級的產品。
BD9G500EFJ-LA采用高壓Bi-CDMOS工藝，在具有高側MOSFET（異步整流型）的非隔離DC/DC轉換器芯片中，實現了同類最佳的80V耐壓以及寬的安全工作范圍。與具有同等輸出電流的標準產品相比，該芯片成功地將耐壓提高了約20%，不僅為5G基站和服務器的48V主電源，提供了足夠的突發浪涌電壓余量，也為常用的60V系統提供了足夠的裕度，因此在電動自行車和電動工具中，可采用更大的電池尺寸，從而提高了應用可靠性。
同時，BD9G500EFJ-LA內建低導通電阻，具有高速瞬態響應性能，可輕松設定相位補償，頻率可在100kHz～650kHz之間進行調節。內置的低損耗MOSFET在2A至5A的寬輸出電流范圍內（盡管有異步整流），實現了85%的高功率轉換效率，從而轉化為更高的省電性能。ROHM也提供BD9G500EFJ-EVK-001評估板，可供對BD9G500EFJ-LA器件進行評估。
結語
新型的LiDAR與電源轉換芯片，具備較高的質量與效能，將有助于提升機器人等工業設備的運作表現，并將機器人應用推廣至家庭與商業領域。由ROHM推出的高質量激光二極管具有更高的精度與探測距離，新款電源轉換芯片也可以提供更高的功率轉換效率，將是機器人與自動化設備的更佳搭檔。
來源：艾睿電子
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