具身智能机器人,通常由多个子系统组成,而 MOSFET 作为关键的功率开关器件,在多个子系统中扮演着核心角色。下面我们来拆解一下:
传感器:摄像头(视觉)、激光雷达/超声波雷达(测距、建图)、IMU(惯性测量单元,姿态)、编码器(电机位置/速度)、力/力矩传感器、麦克风(声音)、触摸传感器等。
传感器接口与处理电路:负责采集、滤波、放大、模数转换传感器信号。
执行器:最核心的是电机(直流有刷电机、直流无刷电机、步进电机、伺服电机)。还可能包括液压/气动执行器(在工业机器人或大型机器人中更常见)。
驱动器/功率放大器:将控制信号(来自主控制器)转换成驱动执行器所需的大电流/大电压功率信号。这是MOSFET应用最密集的地方。
机械结构:关节、连杆、齿轮箱、轮子/履带等。

充电管理电路:控制电池充电过程。
电压转换模块:将电池电压转换成系统各部分(主控、传感器、驱动器等)所需的不同电压等级(如12V, 5V, 3.3V, 1.8V等)。DC-DC转换器大量使用MOSFET。
电源分配与保护:开关控制各路电源通断,过压/过流/欠压保护。
5、通信系统:内部通信总线:CAN, I2C, SPI, UART, Ethernet等,连接主控与各子系统。
外部通信:Wi-Fi,蓝牙, 4G/5G,以太网等,用于与云端、其他设备或用户交互。
人机交互:显示屏、扬声器、指示灯、触摸屏、语音交互模块等。
软件与算法:操作系统、驱动程序、感知算法(SLAM、目标检测识别)、导航规划算法、运动控制算法、决策AI、应用程序等。
二、MOSFET在智能机器人中的应用及选型要点MOSFET在智能机器人的核心作用是在各种电路中作为高效、快速、可控的电子开关或放大器,用于功率控制和转换。

低导通电阻MOSFET:至关重要!导通电阻直接决定导通损耗和发热。常用Trench MOSFET或Super Junction MOSFET技术实现低Rds(on)。
快速开关MOSFET:高开关频率可提高控制精度和效率,降低电机噪声(人耳可闻噪声)。需要低栅极电荷和米勒电容。
集成模块:为简化设计、提高功率密度和可靠性,常使用将MOSFET、栅极驱动、保护电路集成在一起的IPM或PIM。
(3)选型关键参数:额定电压、额定电流、导通电阻、栅极电荷、开关速度、热阻、封装。
上海雷卯有多种型号MOSFET适合用于智能机器人电机驱动。
电池保护板:MOSFET串联在电池组充放电回路中,作为开关。当检测到过充、过放、过流或短路时,关断MOSFET以切断回路,保护电池安全。要求导通电阻极低(减小压降损耗)、开关速度适中、可靠性极高。
负载开关:控制子系统电源的通断(如关闭未使用的传感器模块以省电)。MOSFET作为受控开关串联在电源路径上。要求导通电阻低、关断漏电流小。
(2)电源管理常用MOSFET类型功率MOSFET:用于DC-DC主开关和同步整流开关。同样追求低Rds(on)和高开关速度。
低导通电阻MOSFET:在同步整流和负载开关中至关重要。
专用电池保护MOSFET:通常为N沟道,具有极低的导通电阻和适合保护板应用的封装。
小信号MOSFET:可能用于控制逻辑或辅助电源开关。
(3)选型关键参数额定电压、额定电流、导通电阻、栅极电荷、开关速度(对于开关管)、体二极管特性(对于同步整流)、关断漏电流(对于负载开关)。
脉冲信号放大:在驱动某些需要较大电流脉冲的传感器(如超声波发射器)时,可能用到MOSFET进行功率放大。
(2)常用MOSFET类型:中小功率MOSFET:通常对开关速度要求不如电机驱动那么高,更关注导通电阻和成本。
逻辑电平MOSFET:方便由微控制器GPIO直接驱动。比如说2N2007。
(3)选型关键参数:额定电压、额定电流、导通电阻、栅极阈值电压。
综上所述: MOSFET在智能机器人中的核心战场是电机驱动和电源管理(特别是DC-DC转换器中的同步整流)。