近日，中科無線半導(dǎo)體基于氮化鎵(GaN)HEMT工藝的機(jī)器人關(guān)節(jié)ASIC驅(qū)動器芯片已正式推出并商用。

這一成果進(jìn)一步填補(bǔ)了國產(chǎn)機(jī)器人GaN驅(qū)動芯片的空白，為國產(chǎn)機(jī)器人關(guān)節(jié)模組的自主化提供了技術(shù)累計。

機(jī)器人保有量突破428萬臺，GaN成為下一階段的增長點

近年來，全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迎來爆發(fā)式增長。

國際機(jī)器人聯(lián)合會(IFR)發(fā)布的《2024年全球機(jī)器人報告》顯示，截至2023年底，全球工廠運行的機(jī)器人數(shù)量已突破428萬臺，同比增長10%。展現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。

然而，在機(jī)器人快速普及的過程中，機(jī)器人的規(guī)模化應(yīng)用仍面臨核心瓶頸——作為機(jī)器人的“關(guān)節(jié)心臟”，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)需在有限空間內(nèi)完成高精度運動控制。而GaN的應(yīng)用或許成為破解機(jī)器人驅(qū)動難題的關(guān)鍵。

圖/包圖網(wǎng)

德州儀器(TI)表示，GaN 可以在高 PWM 頻率下以低損耗輕松實現(xiàn)更高精度的電機(jī)控制。GaN 的高功率密度特性與TI的集成式驅(qū)動器的特性相結(jié)合，可進(jìn)一步減小尺寸。

目前，GaN在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用已從工業(yè)機(jī)械臂擴(kuò)展至人形機(jī)器人賽道。

英飛凌預(yù)測，由于GaN材料能夠提高緊湊性，機(jī)器人行業(yè)將在2025 年及以后廣泛使用GaN，這將推動送貨無人機(jī)、護(hù)理機(jī)器人和人形機(jī)器人的發(fā)展。而隨著機(jī)器人技術(shù)與自然語言處理、計算機(jī)視覺等先進(jìn)AI技術(shù)的融合，GaN將提供實現(xiàn)緊湊、高性能設(shè)計所需的效率。

GaN 芯片競爭：產(chǎn)業(yè)生態(tài)協(xié)同成關(guān)鍵因素

GaN在機(jī)器人領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，但國內(nèi)企業(yè)與國外巨頭仍存在一定差距。

當(dāng)前，德州儀器、英飛凌、EPC等外企在機(jī)器人GaN驅(qū)動領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢地位：

德州儀器的LMG2100R026器件，具有集成柵極驅(qū)動器和增強(qiáng)模式氮化鎵 (GaN) FET，可承受 55A 的持續(xù)電流。

英飛凌的PSOC™ Control C3系列，99%系統(tǒng)效率 + GaN器件低損開關(guān) ，能耗直降10%，散熱成本減半。

EPC的EPC91104 采用EPC23104 ePower Stage IC，能夠提供高達(dá) 10 Apk(7 ARMS)的穩(wěn)態(tài)輸出電流，以及高達(dá) 20 Apk(14 ARMS)的脈沖輸出電流。

外企的優(yōu)勢不僅在于半導(dǎo)體技術(shù)的深厚積累，更體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)生態(tài)的協(xié)同效應(yīng)上。尤其是在人形機(jī)器人領(lǐng)域，這種協(xié)同形成了技術(shù)迭代與市場反饋相互促進(jìn)的良性循環(huán)。

Big-Bit 產(chǎn)研室指出，人形機(jī)器人作為繼計算機(jī)、智能手機(jī)、新能源汽車后的顛覆性產(chǎn)品，目前仍處于萌芽期。市場外資品牌占絕對優(yōu)勢地位，特斯拉、Figure AI 等已展示初步量產(chǎn)能力。

不過，國內(nèi)機(jī)器人正快速追趕，宇樹科技、優(yōu)必選、智元機(jī)器人等企業(yè)已實現(xiàn)部分領(lǐng)域持平甚至技術(shù)趕超。

在國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)推動下，中科無線半導(dǎo)體、鎵奧科技、東漸氮化鎵等本土GaN企業(yè)也取得突破發(fā)展。

中科無線半導(dǎo)體本次發(fā)布正式商用型號為(CT-1906)，LGA封裝集成6個GaN HEMT(三相半橋拓?fù)?與3路獨立驅(qū)動器。支持80V連續(xù)電壓/100V瞬態(tài)電壓、60A持續(xù)電流輸出以及5MHz的開關(guān)頻率。同步推出CT-1904、CT-1902系列。

高集成度、高可靠性、低功耗、全面保護(hù)機(jī)制，以及優(yōu)異的動態(tài)響應(yīng)和電磁兼容性。實現(xiàn)小體積大能量。實現(xiàn)開關(guān)頻率1MHz以上，98.5%能量轉(zhuǎn)換效率(較傳統(tǒng)Si基方案提升40%)，溫升ΔT≤25K@滿載)。

該系列芯片的推出，標(biāo)志著國產(chǎn) GaN 從 “實驗室” 進(jìn)一步走向 “產(chǎn)業(yè)化”。

小結(jié)

中科無線半導(dǎo)體GaN驅(qū)動芯片的落地，不僅進(jìn)一步填補(bǔ)了國產(chǎn)機(jī)器人GaN驅(qū)動芯片的空白，更為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)打破外資技術(shù)壟斷提供了關(guān)鍵累計。

GaN 憑借高頻、高效、高集成的特性，已成為推動機(jī)器人向小型化、智能化、高性能化發(fā)展的核心技術(shù)。

未來，隨著國產(chǎn)企業(yè)在材料工藝、芯片設(shè)計及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上的持續(xù)突破，GaN驅(qū)動芯片有望加速滲透至更多機(jī)器人細(xì)分場景，助力我國在全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)競爭中占據(jù)一席之地。