電子發燒友網報道（文/莫婷婷）隨著AI、自動化等技術的發展，機器人的應用場景不斷擴大，從工業制造、物流運輸、醫療護理、教育服務等多個領域延伸。然而，隨著機器人應用邊界的拓展，其對續航能力和充電能力的要求也隨之增加，傳統充電方式已難以滿足新一代機器人對于快速補能、高效運行的需求，如何滿足機器人的充電需求成為新的話題。

當前，機器人可以分為四類，一個是以掃地機為代表的家用機器人，二是以AGV機器人為代表的物流倉儲機器人，三是工業機械臂，四是人形機器人。TrendForce集邦咨詢提到人形機器人續航時間基本在2小時到6個小時左右，充電實現約為1小時左右。

該如何實現快速的電量補充，第三代半導體技術在機器人的充電問題上，可以發揮出哪些作用，產業鏈玩家都推出了哪些解決方案適配市場需求呢？


機器人充電功率升級，GaN/SiC成充電新寵

與傳統Si MoS相比，第三代半導體GaN、SiC有著明顯的優勢。其中GaN的優勢包括低器件損耗、低死區時間、高開關性能。這些優勢讓其適用于人形機器人的多個方向，包括旋轉執行器的無框力矩電機、靈巧手中的空心杯電機、智能感知系統的雷達、電池中的BMS、充電器中的AC/DC，以及AI及控制系統的DC/DC等。

鎵奧科技市場總監戚永樂在公開演講中分享了一組數據，他提到，按照單臺人形機器人GaN器件總用量約需200顆/臺(中值估算)，預計到2031年，全球人形機器人出貨量預計達到100萬，將帶來大約2億顆GaN 晶體管的需求。

人形機器人的充電功率通常在600W到3000W左右，具體數值取決于其任務需求、電池容量以及運行時的能耗水平。隨著對機器人續航能力和工作效率要求的不斷提高，提升充電功率成為一種趨勢。

然而，充電功率的提升也帶來了技術挑戰。一是發熱問題，高功率充電過程中會產生大量熱量，若散熱不及時或設計不合理，會影響系統穩定性。二是尺寸問題，為了承載更大功率，充電模塊的體積和重量隨之增加，不利于機器人輕量化、緊湊化的設計目標。三是噪聲問題，高功率運行還可能引發電磁干擾和機械噪聲等問題，影響機器人在人機協作環境中的使用體驗與安全性。

與傳統Si MoS相比，GaN、SiC器件能夠在一定程度解決上述問題，因此也受到機器人供應鏈企業廣泛關注與布局。例如在DC-DC電源的應用中，GaN DC-DC電源的功率密度可達傳統硅基方案的2-3倍，緊湊的設計，將電源體積縮小40%。

GaN功率器件有著優秀的散熱性能，鎵未來研發&市場總監張大江在公開演講時介紹，在直流電壓240V、升壓到400V，工作頻率100KHz的圖騰柱PFC電路中，GaN電路的轉化效率在1000W以上可以做到99%的轉換效率，整體來看從500W到3000W能做到98%。而采用傳統的Si器件，峰值效率只能99%。兩者損耗實際上相差了三倍。“這對于大功率充電來講，散熱性能會產生很大的差異。散熱相差三倍，也可以說能夠實現的功率密度相差三倍?！?br />

圖源：稼未來

當然，在機器人等大功率應用場景中，SiC、GaN有著不同的優勢。張大江表示，SiC適用于大功率、高電壓，且開關頻率和功率度高于硅器件；GaN適用于中等功率，電壓通常在100V~900V具有最高的開關頻率和功率密度。

此外，SiC、GaN在成本上的表現也不一樣，英嘉通CTO蔣勝表示，隨著SiC產業的不斷成熟，單片SiC wafer成本相比2024年同期已下降超過100%，趨勢還將繼續。他提到，等效規格對比單片6 inch gross die，SiC產出相比GaN可超過50%，相比CoolMOS超出大于450%，相比VDMOS超出大于750%。


GaN/SiC創新快充，傳統方案同步進化

目前，業內已有多家廠商推出面向機器人市場的GaN、SiC的充電解決方案。

在基于GaN的充電解決方案方面，英諾賽科、稼奧科技已經推出了各自的充電方案。

針對機器人AI大腦及控制系統的供電，英諾賽科提供了1.2KW輸出功率、48V到12V高效電壓轉換的解決方案，采用了3.5毫歐的GaN功率器件，在滿足機器人小型化與輕量化的同時提升了整體能效。

英諾賽科還推出了針對機器人的快充解決方案，能夠提高機器人的使用效率，其推出的240W AII GaN BTP PFC+LLC解決方案，具備三大優勢，一是高效率，系統效率可達97%(230Vac)，在低電壓輸入（90Vac）下也能實現95.2%的效率有效減少能量損耗。二是小體積，PCBA尺寸為85.5*58*20.5mm，適合集成于結構復雜的機器人本體中；三是高功率密度，達38.7W/in3(PCBA)。

鎵奧科技同樣推出了機器人充電機方案，鎵奧科技市場總監戚永樂介紹，公司推出了CL-PAS-1600-48A是國際通用電壓范圍輸入AC/DC電源模塊，適應于額定 200~240Vac 交流輸入電壓。轉換效率高達 93%。

在基于SiC的充電解決方案的進展方面，英嘉通發布了8款規格的750V SiC MOS產品，包括IGC060R075系列等。

其750V SiC MOS產品具備四大優勢：一是高溫特性，相同規格器件，在125度下，SiC MOS器件RON減少40%。二是其750V SiC MOS產品雪崩擊穿電壓850V以上，使用更安全相比；且與GaN產品，避免了耐壓上的過量設計，具有成本優勢。三是在動態電阻方面，對于GaN來說，高壓硬開關條件下動態電阻依舊是很大的挑戰，SiC MOS 沒有動態電阻問題。四是短路問題，這是GaN器件的挑戰之一，但SiC MOS器件通過設計可以應對超過15us以上的短路時間。英嘉通750V SiC MOS產品的短路時間設計值2.5us。五是成本優勢。六是可靠性優勢。

當然，基于SiC和GaN第三代半導體的充電解決方案有其創新性和優勢，這并不意味著傳統的基于硅材料的充電方案已經可以被放棄，畢竟傳統方案在成本和成熟度方面具有優勢。

因此也有不少深耕傳統充電解決方案的電源管理芯片公司也針對機器人的充電問題推出快充方案。例如昂寶電子推出了48V 機器人快充解決方案。該方案采用了先進的 AHB（不對稱半橋）拓撲架構，并結合昂寶自主研發的多款高性能電源管理芯片，包括OB2627（高度集成的 USB PD3.1 接口控制器）、OB2793（高壓控制器芯片）、OB6560（高壓協議識別芯片）和OB6669（數字接口控制器）構建了一個智能化的快充系統。

根據介紹，AHB 拓撲融合了反激變換器和不對稱半橋的技術優勢，能夠顯著降低開關損耗，提高了整體轉換效率，能夠在大電流場景中實現快速的動態響應。同時，該方案支持 3.3 - 60V 寬范圍輸出，結合快充協議的 10mV 級電壓步進調節，可精準適配不同機器人電池包的 CC - CV 充電曲線，提升了系統的兼容性，還省去了傳統方案中所需的額外充電管理電路，有效減小了系統體積，降低了整體成本。

48V 機器人快充解決方案中，能夠支持包括 USB PD3.1 EPR 48V以及 BC1.2 DCP 等多種主流快充協議，并可通過 USB PD 協議與電源端進行通信，自動完成協議協商。這對于需要頻繁操作且工作周期短的機器人來說至關重要，能夠大幅提高工作效率。


小結：

隨著機器人產業鏈的不斷完善，未來機器人之間的競爭將不再僅僅局限于算法、感知或執行能力，而是轉向包括供電系統在內的整體性能比拼。目前，英諾賽科、鎵奧科技、稼未來、英嘉通、昂寶電子等企業積極布局機器人快充相關解決方案，并推出基于GaN/SiC器件、AHB 拓撲架構等先進技術平臺的產品，在成本控制、散熱與充電效率等方面展現出競爭力。未來，機器人供電系統的演進將呈現“新材料突破+傳統方案升級”并行的發展格局，推動整個產業向更高效、更智能的方向邁進。