48V技术是如何推动机器人的迭代？

芝能科技出品

机器人产业正处于智能化与电气化融合的关键节点。从工业机器人到协作机器人，再到个人与服务型机器人，电源架构的演进成为提升性能与可靠性的核心因素。

48V供电系统因其安全、高效、低损耗等特性，正逐步取代传统的12V架构，成为各种机器人设计的新标准，这改变了机器人电机驱动系统的设计逻辑，也推动整个机器人产业链的优化与升级。

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机器人产业和电源系统

机器人技术的崛起，是第四次工业革命的重要组成部分。根据国际机器人联盟（IFR）的数据，截至2018年，全球工业机器人部署量接近250万台，并以每年超过40万台的速度增长。

汽车和电气电子行业是最主要的应用领域，占据总量的一半以上，其次是金属加工、塑料、化工以及食品饮料行业。约75%的工业机器人部署集中在中国、日本、美国、韩国和德国，显示出高度的地域集中度和产业成熟度。

服务机器人市场也在快速增长。专业服务机器人主要用于制造业和物流环节。个人与家用机器人也呈现同样的增长速度，主要应用于吸尘、教育及研究领域，市场规模与社会渗透率快速提升。

在这一进程中，电源架构的创新成为机器人进化的关键。

传统的机器人供电系统普遍采用12V直流供电方式，虽然简单可靠，但在能效密度、系统重量及成本控制方面逐渐暴露出限制。随着机器人朝着更高的集成度、更轻的结构和更强的灵活性发展，48V系统开始取代12V架构，成为行业新趋势。

48V电压被认为是通用的最高安全电压，既能减少高压带来的安全风险，又能显著提升功率传输效率。与12V系统相比，48V可使导体尺寸缩小四分之一，功率损耗降低至原来的1/16，从而带来显著的重量与能效优势。

对于需要高动态响应和长续航的协作机器人而言，这意味着更小的电机、更轻的关节以及更高的系统可靠性。

48V架构的普及不仅得益于机器人行业的需求推动，也受益于其他领域的成熟经验。

◎ 在汽车工业中，48V系统已广泛用于启停系统、电动压缩机和电子转向系统；

◎ 在数据中心与云计算设备中，48V直流母线成为服务器背板与散热系统的主流供电方案。

这些领域的规模化应用，使48V电源模块、转换器、功率芯片与磁性元件的供应链成熟化，为机器人产业提供了可靠且具成本竞争力的方案。

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48V机器人驱动架构与关键元件

协作机器人作为工业机器人的重要分支，凭借灵活、安全与易操作等特性，迅速在汽车制造、医疗、电子装配等领域普及，是封闭生产线中的“隔离设备”，而是与人类并肩协作的“智能伙伴”。

这种机器人需要具备高精度感知、高动态控制以及实时响应能力，对电源系统的能效与稳定性提出更高要求。

协作机器人的电机驱动系统是其核心组成部分，负责将控制信号转化为精准的机械动作。

该系统通常包含多相电机驱动器、DC-DC电源转换、电流检测、电感滤波与电池管理等模块。在过去，12V架构下的系统往往因电流过大而带来导线发热、效率下降等问题。

48V电机驱动系统的引入，使工程师能够减小电缆尺寸、降低发热损耗，并简化系统保护设计，从而提升整体能效与集成度。

在电源架构上，现代协作机器人多采用48V总线系统。

◎ 固定式机器人通常通过市电供电，经功率因数校正（PFC）电路后转换为48V直流；

◎ 而移动机器人如物流AGV、巡检机器人或护理助手，则使用48V电池系统供电，通过定期充电维持运行。

对于半导体元件而言，大多数逻辑电路和传感模块无法直接承受48V电压，因此需要通过降压转换器（DC-DC）将其降低至5V甚至更低的电平。

当前的主流方案有两种：

◎ 一是采用中间总线架构（Intermediate Bus Architecture），先将48V降至12V，再通过Point-of-Load（PoL）转换器输出至各模块；

◎ 二是采用单级降压方案，直接从48V转换至目标电压。

后者由于减少了能量转换环节、提升了系统效率，逐渐成为高性能机器人设计的优选。

电感器作为48V电机驱动系统中的关键元件，其性能直接影响整个供电链的稳定性与能效。

高饱和电流、低直流电阻、低损耗的电感设计能够显著降低DC-DC转换器的热损耗，并抑制高频开关噪声对图像感知、位置传感等敏感模块的电磁干扰。针对高频开关场景，采用铁粉芯、合金粉芯等材料的电感器已成为主流选择。

48V系统在协作机器人中的推广，也为模块化与可维护性提供了新的可能。

例如，借鉴云计算设备中的eFuse设计，机器人可在运行中实现模块级电源保护与热插拔，提升可靠性与可扩展性。这种架构使机器人能够根据不同任务动态切换工具端模块（如夹爪、焊枪、摄像头等），而无需复杂的系统重启与重构。

小结

从工业机器人到协作机器人，再到未来的智能服务机器人，电源技术的革新正在重塑整个产业链，48V系统在性能、安全性和成本之间实现平衡，更成为机器人能效提升与结构轻量化的重要支撑。