大家都知道，不論工業或協作型機器人都需要高功率密度和傑出的散熱性能。由於機器人系統逐漸由集中式架構往分散式架構發展，因此需要非常有效率的小型積體電路，讓馬達驅動器可以裝進機器人手臂。
因為把驅動器和馬達組裝成同一單元，整合式馬達驅動器可以節省空間。且整合後就不必在機器人機櫃和調處器之間拉設又貴又長的纜線，以連結馬達和驅動器。
纜線不只花錢還需定期維護，尤其是機器人會不斷移動的多軸系統。佈纜的問題也讓故障排除變得有必要，但這可能極為耗時甚至導致生產力流失。將驅動器整合到馬達，就能減少纜線數量同時節省空間。
雖然整合驅動器與馬達有多重優點，但在散熱設計方面仍有一大挑戰— 驅動器零組件會暴露在較高的環境溫度下，但冷卻效果有限讓它更難在這樣的溫度下達到額定功率。這種情況會對驅動逆變器的耗損形成嚴格限制，因此需要高效率驅動器。
探索工廠自動化設計提高功率密度有哪些好處
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有兩種驅動器有助於解決上述挑戰。第一種選項是採用傳統絕緣柵雙極電晶體（IGBT）的逆變器驅動，不過因為二極體裡反向回復會造成 IGBT 高耗損，不容易跟馬達整合。開關耗損代表需要更大的散熱器或液體冷卻，但都不能與馬達整合。
第二種（更好的）選項是使用氮化鎵（GaN）場效電晶體（FETs）。德州儀器（TI）有一系列整合閘極驅動器和 GaN 功率元件的 GaN FET 產品，提供終生可靠且具有成本優勢的有效解決方案。相較於矽材料製成的金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET）， GaN 電晶體的切換速度更快，有可能減少會導致散熱不彰的開關耗損。 GaN 電晶體還能降低系統成本，以及散熱器、風扇及相關組件的體積，尤其空間有限的情況下（例如機器人手臂）。
導入 GaN 功率元件可能為整合帶來挑戰：不過只要選擇結合 GaN FET 並搭配整合式矽閘極驅動器和保護功能的產品，就能簡化任務。 LMG3422R030 就是一個例子。 LMG3422R030 是專為工業機器人和馬達驅動系統的高密度工業電源供應所設計，功能包括：可調整閘極驅動強度以控制電磁干擾（EMI），還有過熱／過電流保護功能與故障警示。
機器人控制器還包含一組彈性數量的類比輸入／輸出模組，並搭配隔離功率及訊號路徑。隨著頻道數量增加且封裝尺寸越來越小，既有的隔離開關拓撲必須有所改進
導入同步整流功能可獲取更高效率，即使是反馳式穩壓器等歷史悠久的設計亦然。甚至有可能達到遠高於 90% 的效率，但同步整流會增加典型反馳式設計的複雜度與成本，因為通常需要在變壓器的二次側裝一個同步整流控制器，反馳式控制器的一次側則需要光耦合器反饋。
在這樣的案例中， LM25184 等反馳式轉換器或許能提供解答：它採用一次側調節，而且不需要光耦合器或輔助變壓器繞組來提供反饋。 LM25184 能在極大的負載範圍下達到 90% 效率，且提供經過散熱強化的 4x4 mm 薄小外型無引線封裝。最大輸入電壓達 42V，有充足餘量可接受標準型 24-V 工業用匯流排的瞬變。
將電源供應納入工廠自動化應用設計考量是非常複雜的任務。依各種應用有所不同，產品不但需要在忙碌的工廠環境中成功運轉，還要裝得進既有空間、符合 EMI 需求，同時為人員與機械提供防護。
