【導讀】近年來(lái)，在掃地機器人、無(wú)人搬運車(chē)（AGV）和自動(dòng)駕駛汽車(chē)等自動(dòng)化應用中，越來(lái)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(dòng)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(fā)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(shù)提升LiDAR識別物體的能力
近年來(lái)，利用LiDAR測量的點(diǎn)云數據和物體檢測算法（YOLO/Faster-RCNN/SSD等）的基于深度學(xué)習（卷積網(wǎng)絡(luò )）的邊緣AI技術(shù)正在逐年快速發(fā)展。3D成像技術(shù)與深度學(xué)習相結合的創(chuàng )新，也成為人工智能機器人的核心技術(shù)。隨著(zhù)LiDAR技術(shù)的日漸成熟與成本的逐年降低，目前在許多機器人與汽車(chē)應用中，已經(jīng)開(kāi)始廣泛采用LiDAR來(lái)準確測量距離和識別空間中的物體。
采用經(jīng)過(guò)AI與機器學(xué)習技術(shù)加持的攝像機與LiDAR，其感測效能表現明顯優(yōu)于傳統攝像機的電腦視覺(jué)技術(shù)，算法能自動(dòng)適應各種照明與天候狀況，能夠更正確、彈性、穩定進(jìn)行路況的偵測、追蹤與分類(lèi)，以區別出道路上與周遭的腳踏車(chē)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(zhì)量的高輸出功率激光二極管
在LiDAR和物體檢測技術(shù)中，輸出高清光束的光源對于實(shí)現準確的物體定位、分類(lèi)和分割至關(guān)重要。ROHM激光二極管通過(guò)多年來(lái)積累的光波導設計和工藝技術(shù)，實(shí)現高質(zhì)量的光束形狀，可以為人工智能和機器人技術(shù)的發(fā)展做出貢獻，這些技術(shù)在未來(lái)將需要越來(lái)越復雜的操作。
ROHM具備可達成更窄發(fā)光幅度的自有專(zhuān)利技術(shù)，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(kāi)始量產(chǎn)，在以消費性電子領(lǐng)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(chǎng)逐漸成長(cháng)的工控設備領(lǐng)域，ROHM研發(fā)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(jiàn)脈沖激光二極管，實(shí)現了窄發(fā)光寬度，有助于延長(cháng)檢測距離并提高感應精度。采用ROHM的先進(jìn)結構，RLD90QZW3的能源轉換效率高，而且可以減少波長(cháng)的溫度波動(dòng)，有助于實(shí)現低功耗和長(cháng)壽命。RLD90QZW3采用行業(yè)標準的Φ5.6 CAN封裝，適用于激光測距儀、無(wú)人搬運車(chē)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(jìn)行測距和空間識別的LiDAR所研發(fā)。以ROHM獨家組件研發(fā)技術(shù)，在業(yè)界同等級的輸出功率激光二極管中，達到了225μm的超窄發(fā)光幅度，與290μm的市場(chǎng)競品相比，發(fā)光幅度縮減了22%，因此具有高光束性能，窄發(fā)射區域和高光密度，可實(shí)現更高的分辨率和更遠的范圍。
此外，除了在整體發(fā)光幅度范圍成功使發(fā)光強度更均勻外，且激光波長(cháng)的溫度相關(guān)性低至0.15nm/℃，不易受溫度變化的影響，因此可穩定發(fā)揮其性能，與同等輸出功率、發(fā)光幅度290μm、溫度相關(guān)性0.25nm/℃的市場(chǎng)競品相比，激光波長(cháng)的溫度相關(guān)性也可降低40%，采用更小波長(cháng)的帶通濾光片可提供更窄的波長(cháng)范圍，從而提高了信噪比，因此可支持LiDAR長(cháng)距離應用。另一方面，RLD90QZW3的光強度均勻，在整個(gè)發(fā)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(zhuān)利技術(shù)，在同等輸出功率的產(chǎn)品中，不僅具備了業(yè)界最窄發(fā)光幅度，而且在與發(fā)光幅度難以兼具的光電轉換效率（PCE）方面，也達到了與市場(chǎng)競品同等的21%（正向電流24A、75W輸出時(shí)）。因此，在使用時(shí)無(wú)需擔心功耗增加。
為了加快此系列產(chǎn)品的市場(chǎng)導入時(shí)程，在ROHM官網(wǎng)上也免費提供可評估導入此系列新產(chǎn)品所需的豐富設計數據，其中包括驅動(dòng)電路設計方法的應用指南、電路板研發(fā)用的數據和仿真用模型（SPICE模型、Ray數據）等。
為了在未來(lái)提供解決方案，ROHM正在對LiDAR傳感器的參考設計進(jìn)行原型設計，也開(kāi)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(yè)化，這個(gè)參考設計將有助于為客戶(hù)減少設計工時(shí)，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(chǎng)”之稱(chēng)的中國，在工業(yè)生產(chǎn)制造技術(shù)上，已經(jīng)具有相當高的水平，在各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)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(gè)領(lǐng)域之一。中國的目標是到2025年完善在中國制造的過(guò)程和使用的零部件，使中國成為世界機器人技術(shù)的領(lǐng)先者。因此，目前已經(jīng)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(dòng)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(shù)問(wèn)題越來(lái)越大。此外，功率轉換效率對于移動(dòng)機器人來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)非常重要的因素。
功率轉換技術(shù)的創(chuàng )新正在推動(dòng)機器人設計的變革，目前的新型功率器件正在滿(mǎn)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(chǎng)帶入家庭與商業(yè)應用，進(jìn)一步擴大市場(chǎng)的發(fā)展空間。
針對工業(yè)設備應用的先進(jìn)電源轉換器
為了替工業(yè)設備解決電源問(wèn)題，ROHM推出了工業(yè)設備用的DC/DC轉換器BD9G500EFJ-LA，該器件支持廣泛應用于工業(yè)機器人的48V電源，目前24-72V電源是電池供電移動(dòng)機器人的主流。BD9G500EFJ-LA提供業(yè)界領(lǐng)先的最高性能80V高耐壓5A大電流，有助于先進(jìn)工業(yè)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(guò)結合人工智能和／或物聯(lián)網(wǎng)，來(lái)追求更多功能的工業(yè)應用。
BD9G500EFJ-LA可廣泛應用于電動(dòng)自行車(chē)、工業(yè)機器人、電動(dòng)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(wù)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(huì )是BD9G500EFJ-LA重要的應用領(lǐng)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(zhì)量設計標準，也是符合LA等級的產(chǎn)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(shí)現了同類(lèi)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(chǎn)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(wù)器的48V主電源，提供了足夠的突發(fā)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(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)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(shí)，BD9G500EFJ-LA內建低導通電阻，具有高速瞬態(tài)響應性能，可輕松設定相位補償，頻率可在100kHz～650kHz之間進(jìn)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(shí)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(jìn)行評估。
結語(yǔ)
新型的LiDAR與電源轉換芯片，具備較高的質(zhì)量與效能，將有助于提升機器人等工業(yè)設備的運作表現，并將機器人應用推廣至家庭與商業(yè)領(lǐng)域。由ROHM推出的高質(zhì)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(dòng)化設備的更佳搭檔。
來(lái)源：艾睿電子
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