机器人为什么也要用48V架构？

48V供电总线因是常用场景下的最高安全电压，由于48V架构功率损耗更低、效率更高，进而可以降低设备重量、成本与功率损耗，目前汽车和服务器领域已经大放异彩。

在机器人应用中，48V架构依然大有可为。对比来说，机器人的电机体积通常更小，有助于实现更小巧、轻便的关节设计。48V架构既可以提升了机器人的运行效率、灵活性与可靠性，又降低了整体重量与成本。这为机器人在各行业的应用创造了更多可能，推动生产流程自动化水平提升。

为什么这么多系统使用 6V 的倍数供电，比如12V、24V和48V？

由三节2V的电池串联组成的6V铅酸电池曾是20世纪上半叶的标准配置。随着车辆对启动器、照明、雨刮器、加热器和收音机等设备功率需求的增加，通过串联六节电池将电压倍增至12V，保持了技术上的连续性。

紧接着，24V革命来了。因为商用车需要更大的功率，而12V系统难以高效承载负荷，因此自然地演进到24V系统，即串联十二节铅酸电池。

在工业应用中，向24V电源的普及则受到了多重工程考量的驱动。较高的电压有助于提高系统的抗噪声能力，并且根据直流电功率公式P = V x I，相同的功率下，电压加倍可使电流减半。电流的降低带来显著优势，包括：可以使用更细（更轻、更便宜）的电线；降低热损失，因为热损失与电流平方 (I^2R 损耗) 成正比；从而实现更高的供电效率。

相同的电学原理也驱动了向48V系统的发展。从12V提升到48V意味着电压增加了四倍，使得在提供相同功率时，所需电流仅为原来的四分之一。更小的电流意味着可以进一步使用更细的导线，并最大程度地减少电阻带来的能量损耗和发热。

20世纪初的模拟电话时代早期，48V DC成为中心局（CO）电话系统的标准电压，随着行业发展，演变为现代电信和数据网络。而后，2016年左右，谷歌和开放计算项目（OCP）推动数据中心采用48V配电系统。紧接着，这种风潮吹到了汽车界，特斯拉Cybertruck成为首款完全采用48V电源架构的量产车型，全面取代了传统的12V电源架构。

2020年，工业机器人、物流机器人、服务机器人等领域也开启了48V架构革命，带领机器人进一步转型。2024年堪称人形机器人的元年，头部人形机器人厂商如特斯拉Optimus、小鹏IRON均选择采用48V电池架构。

可以说，如今，48V的革命已经响彻了各个领域。

机器人包含多个功能模块，包括通信连接、图像传感、功率转换与电机控制等。同时，机器人还需配备多种供电子系统，包括AC/DC、DC/DC、电池管理、多相交压器、负载点（PoL）转换、线性稳压及电机驱动等。

与传统12V总线相比，48V总线损耗仅为前者的1/16，且可使用更细、更轻的电缆。在固定安装的机器人场景中，48V 电压由市电供电的电源生成，这类电源通常集成功率因数校正（PFC）前端。

很少有半导体能够直接从48V开始工作，通常需要降至5V亚伏级水平。非隔离式PoL转换器在此发挥重要作用，将较高的电压转换为IC所需的电平。在某些情况下，使用中间总线转换器（IBC）来创建中间总线电压（通常为12V），该转换器与PoL转换器松散调节，将12V转换为IC供电电压。单级转换越趋成为首选，现在可以使用许多PoL转换器直接将48V电源轨转换为IC电源电压。

机器人电源架构，图源丨ONsemi

如今，eFuse在汽车和数据中心中发挥重要，而在eFuse同样适用于机器人应用，从而使在操作过程中，机器人自身也能够根据手头的任务交换功能块（如工具块）。

热插拔机器人电源架构，图源丨ONsemi

• 物流机器人（Logistic robot）

自动移动机器人（AMR）与自动导引车（AGV）普遍采用24V~72V的电池组作为动力来源，充电根据作业进度与剩余电量灵活安排充电，无固定周期。这一特性使得功率转换效率、设备整体尺寸及重量成为设计过程中的核心考量因素。

随着物流机器人对导航精度、环境感知范围及安全防护等级的要求不断提升，其内部电路的功率需求愈发复杂，设计阶段需围绕三大目标展开：一是实现功率可扩展，确保机器人平台能通过快速重新配置，适配分拣、搬运、盘点等不同使用场景的功率需求；二是追求更高的功率转换效率，最大限度延长单次充电后的连续运行时间，减少充电对作业流程的干扰；三是在支持多种负载点（PoL）电压输出的同时，避免因增加额外转换组件导致设备重量上升，保障机器人的机动性能。

采用67V电池的机器人功率传输网络，图源丨Vicor

采用24V至48V电池的机器人功率传输网络，图源丨Vicor

• 配送机器人（Delivery robots）

这类机器人通常需要长时间持续运行，普遍采用48V至100V电池供电。为实现安全高效环境导航，配送机器人配备各类传感器、摄像头及GPS定位技术。

这类配送机器人运行完全依赖电池供电，而电池的容量与能量密度有限，使得机器人的续航里程成为突出的技术挑战，设计阶段需围绕三个核心目标展开：首先通过优化功率利用效率，最大限度延长机器人的续航里程与单次充电后的连续运行时间，确保其能覆盖完整的配送路线；其次是采用紧凑且轻量化的硬件方案，在满足功率需求的同时，尽可能缩减设备内部空间占用，为传感器、储物舱等核心功能模块预留更多安装空间；最后，保障方案能支持多种负载点（PoL）电压输出，以适配机器人内部导航系统、摄像头、驱动电机等不同组件的电压需求，避免因额外增加电压转换模块导致的空间与重量冗余。

配送机器人功率传输网络，图源丨Vicor

• 收获机器人（Harvesting robots）

农业收获机器人大多具备自主运行能力。为实现环境导航与场景识别，通常配备传感器、摄像头及GPS系统。作为大型作业设备，供电方案普遍采用400V及以上的高压直流电源。

基于农业场景的作业需求，机器人设计阶段需聚焦三大目标：一是通过优化设备性能提升作业效率，确保能高效完成作物采摘、收割等任务；二是具备高功率密度，以适配400V以上的高压输入，满足大功率驱动与多组件协同运行的需求；三是采用坚固可靠的设计方案，保障设备在田间复杂环境下持续稳定运行。

收获机器人功率传输网络，图源丨Vicor

• 安全和检测机器人（Security and inspecting robots）

这类机器人的供电与功率需求具有鲜明的场景特性：部分带线缆的检测机器人，需适配 400V高压供电环境，同时需将电压转换至12V，为推进系统提供1.5kW的功率支持。

在设计阶段需围绕三大核心目标展开：首先是追求超高功率转换效率，通过减少能耗最大限度延长单次作业的运行时间，确保能完成长距离、长时间的巡检任务；其次是具备高温环境适应能力，需在设备选型与散热设计上优化，保障机器人在高温工况下稳定运行；最后是支持多种负载点（PoL）电压输出，以满足内部传感器、通信模块、驱动组件等不同设备的电压需求，避免额外增加转换模块导致的体积与重量冗余。

安全和检测机器人功率传输网络，图源丨Vicor

• 人形机器人（Humanoid robot）

人形机器人在实际应用中通常采用无线工作模式，其内部电源依赖于电池供电，因此对充电技术提出了要求。以特斯拉人形机器人的2kWh电池容量推算，充电功率可能在5kW以内，而目前主流的功率集中在1kW甚至低于500W。然而，随着未来电池技术的进步以及对续航和功能需求的提高，人形机器人充电桩的功率需求预计将相应提升。

人形机器人由电池供电，供电电压通常为48V，或者在39V至54V之间，具体取决于电池的电量状态，电池组结构以13~16串3-9并为主‌，电池类型主要是锂离子电池。使用的电压取决于所设定的最小电池电量级别。

机器人驱动器在39V时所需的最大功率为4kW，可以看出，机器人驱动器需要在大约 102Arm的电流下以最高效率工作来提供所需的功率，但同时考虑到0A左右的精确测量，在这里缩短FET的死区时间还有利于0A左右电流测量的线性，让测量在低电流下更加精确。

机器人Power网络，图源丨硬蛋攻城狮

虽然当前头部人形机器人厂商均采用48V电池架构，但部分半导体厂商仍以12V/24V驱动芯片为主，强行适配会导致效率损耗超20%。

因此，芯片厂商都在加大对于48V芯片的投入力度。此外，48V对于GaN的需求也开始增大，厂商也在不断加大GaN在机器人上的布局。

• 安森美（ON Semiconductor）

安森美一直持续深耕机器人48V领域，包括自动导引车（AGV）、维护机器人及机器人家电（吸尘器、草坪护理设备等）等工业机器人。

安森美提供产品非常丰富，首先作为全球第二大MOSFET供应商，其提供产品涵盖 “超结”（SJ）MOSFET，并针对不同开关类型与应用场景优化出多种规格；“FAST”系列适用于硬开关拓扑，可实现高转换效率；“Easy Drive” 系列兼具硬开关与软开关应用适配性，能有效降低电磁干扰（EMI）与电压尖峰；提供多款高压栅极驱动器，如NCD570x系列；提供高度集成解决方案智能功率模块（IPMs）；此外还提供电流感应运算放大器、高电源抑制比（PSRR）低压差线性稳压器（LDO）、EEPROM（电可擦可编程只读存储器）、eFuse等。

• Vicor

Vicor一直深耕48V领域，而在最近Vicor也一直在加大在机器人领域的应用，包括工业机器人、物流机器人、安防机器人等。

Vicor DCM是一款隔离式稳压DC-DC转换器，可提供卓越的功率密度。非隔离式Vicor ZVS 降压和降压-升压稳压器提供高效、轻巧、紧凑的解决方案，可支持2.2V至54V的各种负载。当需要高功率时，PRM 48V 至 48V 稳压器具有极宽的输出范围，可满足负载点要求。

• MPS

MPS凭借自研半导体工艺，推出专为48V架构优化的 MP (Q) 6547A 电机驱动芯片，其4V-32V宽压设计可兼容下游降压需求，内置6颗低内阻MOSFET（高边60mΩ、低边 50mΩ），导通损耗较行业平均水平降低30%，配合自动同步整流技术，典型工况下系统效率突破92%，直接解决 “大电压小器件” 的适配难题。

• 德州仪器（TI）

对于48V机器人和人形机器人，TI一直在加大投入，尤其是电机驱动方面。TI MOSFET栅极驱动器让客户能够以尽可能高的速度开关MOSFET，而TI低压GaN FET让客户能够快速比较和考虑机器人中每个位置的最佳FET类型。

• 昂宝电子

昂宝电子今年年初推出了48V机器人快充解决方案，旨在为蓬勃发展的机器人产业提供高效、安全的充电技术支持。

该解决方案采用了AHB（不对称半桥）拓扑架构，结合多款自研芯片，包括OB2627、OB2793、OB6560、OB6669，支持高压快充协议，有效解决了大功率、高精度、智能化充电难题。AHB拓扑融合了反激变换器和不对称半桥的技术优势，通过谐振腔结构实现原边功率管零电压开通（ZVS）和副边整流管零电流关断（ZCS），显著降低了开关损耗，系统效率提升至行业领先水平，能够在大电流场景中实现快速的动态响应。同时，其支持3.3~ 60V宽范围输出，结合快充协议的10mV级电压步进调节，可精准适配不同机器人电池包的CC - CV充电曲线，无需额外充电电路，优化了系统体积与成本。

有人说，AHB拓扑是机器人的最佳拓扑架构。所谓AHB拓扑，指的是通过融合反激变换器与半桥结构的优点，在能量转换效率和系统体积优化上实现突破。AHB的优势也很明显，包括零电压/零电流开关（ZVS/ZCS）技术、显著降低开关损耗、更优的体积与成本。

• 英诺赛科

针对机器人AI大脑及控制系统的供电，英诺赛科提供1.2KW输出功率、48V到12V高效电压转换解决方案，采用了3.5毫欧的GaN功率器件，在满足机器人小型化与轻量化的同时提升了整体能效。

从汽车到机器人，48V架构如今成为机器人领域的主流选择。当机器人从移动机器人走向人形机器人，48V架构成为机器人实现 “更小体积、更长续航、更智能交互” 的底层基石。虽然很多现有产品都能满足机器人要求，但随着市场继续朝向更高续航和智能化发展，厂商已经接连开始推出针对性的产品。同时，也在瞄准人形机器人48V系统的机会，不断加大投入。