论坛的朋友们大家好，本次研讨会由MPS的FAE工程师Jude讲解，本次主要介绍的是：
机器人充电管理解决方案
随着服务型机器人工业机器人的普及，续航和充电已经成为机器人设计中的重要问题。目前常见的充电方式主要有有线充电、无线充电和快速换电三种。本次研讨会将围绕这三类充电场景，介绍MPS从AC/DC前端、PD 快充，到 BMS、电量计以及无线充电模组的完整解决方案，帮助大家了解如何提升机器人充电效率和整机开发便利性。
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为了节省大家的时间，接下来也为下大家整理了本次直播的图文省流版，请分享食用哦！
目前，MPS提供从充电前端到电池管理的全套高压电源解决方案，完美适配48 V 到80 V 主流机器人锂电池包充电侧采用MP420X 100V高压充电芯片，支持9到80V宽范围输入，稳定输出48V到80V适配器，适配机器人电池、电压，电池包内部可搭配MPS的AFE模拟前端。
电芯均衡芯片和高中精度电量计 Fuel Gauge搭配隔离器件与MCU协同合作，实现电芯均衡电池电压电流和温度监测，剩余电量精准计算的功能。整套方案在有线充电、快速换电方案均可使用，大幅简化了整机电源开发，兼顾快充效率，电池安全与小型化设计，为人形机器人和机器狗提供了成熟可靠的高压电池系统完整解决方案。并且针对无人值守的自动充电需求，MPS含有无线充电模组，无需金属触点，即可实现自动充电。方案搭配氮化镓和碳化硅高效功率器件。
在有偏移宽间距下，仍能保持92%以上的充电效率，满足设备IP67防尘防水工业标准。模组内置无线充电算法和多线通信接口。可搭配MPS BMS器件配套使用，一站落地无线充电整机方案设计。
首先介绍快速换电方案和有线充电方案 。换电方案和有线充电方案目前大多使用的功率从150W到800W不等。MPS可提供从AC/DC前端电源方案，到Charger充电方案，再到电池包全套BMS方案一体化电源解决方案。
接着，是PD有线充电架构 。随着陪伴型家用服务型机器人和机器狗的普及，为优化用户充电体验，不少的厂商开始采用基于PD协议的有线充电方案，为机器人和机器狗充电。家用场景中，PD适配器普及度高，通用性强，用户可直接复用手边现成的PD适配器，无需额外购置专用的充电器，大幅提升了日常充电的便捷性。
同时，PD协议快充最高支持240W大功率输出，功率覆盖范围较广，可匹配部分人形陪伴式机器人、机器狗等电池设备的快充需求，依托PD标准化通信机制，适配器与机器人端可实时交互电压电流信息，匹配电池最优充电档位兼顾充电速度和电芯安全。整套链路调压稳定、兼容性强，是家用轻量化机器人。和机器狗极具性价比的有线充电架构。
图中，适配器端AC电源经内部AC/DC模块 ，将交流电转化为直流电，再经过DC/DC模块做二次稳压，可输出灵活可调的母线电压。PD IC和Battery Side端的PD协议芯片握手，进而控制DC/DC输出一个后续需要的电压电流。
在battery端PD协议芯片请求所需要的电压电流给到Charger芯片，PD协议芯片控制Charger芯片，输出电池所需要的电压和电流，Charger芯片可实时采集输入适配器的电压电流和输出给到电池端的电压电流，搭配BMS检测电芯状态，可实现全方面的安全防护。完美适配家用机器人和机器狗的充电场景。
全套方案通过数字控制架构实现满载轻载空载全功率、全工况高效稳压，同时集成了全套的硬件保护，自适应软开关可配置参数调试的功能。
MP888X是一颗可调的同步降压芯片，4.5V–65V宽范围输入输出电压可达70V覆盖PD协议最高48V输出，并且支持200–600kHz可调频率经载AAM高效模式内置完整的OAP、OCP、OTP保护由MPF5200X通过I2C实时调节输出电压电流，实现PD协议全方位的动态调压。适配器AC/DC和DC/DC可使用以上方案。该方案成熟可靠，极大节省了研发周期。
本套方案完整支持PD 3.2 EPR和SPR协议，以及PPS、AVS宽调压，协议支持USB PD 3.2标准，同时支持SPR标准功率范围和EPR扩展高压功率，支持固定电压档位、AVS调压以及PPS可编程电压最高5A的输出电流方案集成智能电池温控与多级功率降额保护，内置完整充放电的温度管理逻辑，区分低温、常温、温热、高温四段充电限流调压，同时支持电池欠压降功率、PCB温度、NTC限功率等双重保护，具备温度滞回，防止频繁起停，大幅提升电池系统可靠性，MPF5200X内有I2C可视化参数配置和非易失 MTP固化功能。
通过I2C接口可开放全部充放电PD功率和温度阈值寄存器可搭配MPS官方上位机可视化调试，支持RAM临时参数修改与MTP闪存固化配置，掉电不丢失；用户的自定义参数配套串口固件在线升级适配二次开发定制此套方案高集成度，使用极简的硬件完成高效的防护，高效的低发热。
其中MP420X可实现双向升降压，并集成完整的CC/CV三段式充电逻辑，省去大量的外围采样和控制电路，并可检测输入、输出电流和电压，实现Type-C VBUS过压保护输入输出过流短路过温OTP等多重故障锁存保护，满载整机效率最高可达96%。
传统的单向充电电源存在几个问题 ，输入电压适配窄，CC/CV充电逻辑需要外挂，MCU过流或短路容易炸管，电压调节精度差，EMI干扰严重，而MP4201单颗芯片集成双向功率变换，完整的锂电池充电环路I2C 数字调控，全方位的保护，输入电压范围广泛，可做4.75V 到100V的输入直流母线24V、36V、48V充电桩、光伏辅助供电都能直接介入，无需前置降压模块。使用外部反馈，可做到100V的输出；使用内部反馈，可做到3.2V–85.12V的输出。
输出电压可以以20mV步进调节，精准匹配了机器人不同的电池电压档位，而且不用复杂的外部电路，简化设计，充电电流最大25A可编程限流，大功率快充轻松实现。EN 拉低时可以做到1μA 的静态电流。在机器人充电场景中，前级如果有输入，但是后级没有机器人或机器狗接入时，可以将EN引脚拉低来降低整体的功耗，可以支持氮化镓、硅 MOS双兼容驱动，大功率可做到低发热。
芯片内置专用栅极驱动，拉电流1.75A，灌电流4.5A，驱动能力足够。芯片内置完整的锂电池充电逻辑，简化整机开发。此芯片硬件集成全套电池充放电控制，无需额外 MCU 控制。三段式全自动充电，参数可编程芯片集成预充、恒流快充、恒压三段逻辑，适配多串锂电池。
预充模式 时，电池电压低于设置阈值时，自动切换小电流预充，可选择100mA到3A多档位的预充电流，避免亏电时大电流冲击损伤电芯CC恒流快充，可调节电流限制从0.5A到25A电流以50mA步进可调，适配机器人电池2C快充需求。CV恒压截止充电，在满充时自动降流，检测到终止电流后判断充电完成GPIO口输出2s，周期50%的PWM占空比信号。
MCU 无需采集复杂的电压电流就能识别充电状态，同时支持自动复充，电池静止放置低于95%的标称电压时，自动重启充电循环。芯片还具有I2C、ADC和实时监控电池状态，具有标准的PMBus和I2C通信四档硬件地址。通过ADDR 引脚配置多个机器人多路充电避免地址冲突内置10位ADC实时采集VIN、VOUT电压、输入电流、输出电流、芯片温度，MCU可实时读取电池电压、充电电流、芯片温度，不需要外置运放。
芯片还具有清载高效功能 ，降低待机损耗，支持FCCM强制连续、PFM自动轻载两种模式，搭配扩频 SS功能，开关频率可选择200kHz、400kHz、600kHz、1MHz夜间待机电池浮充阶段自动切入PFM跳频模式，EN关断时仅1μA静态电流，FCCM时约300μA。大幅降低了机器人静态耗电，延长电池寿命，扩频技术可有效压低EMI机器人内部雷达，视觉传感器不受充电电源干扰。
芯片还可实现多重保护 。 MP420X从输入输出电流温度内置硬件及保护，硬件自锁和中断提示，软件失效时也可以可靠地防护。首先，电压防护芯片可编程OV/UV全线管控，输入有30、60、104三档硬件过压，可编成UVLO欠压阈值母线低压可自动停止充电，输出有充电模式专属104%的标称电压，OVP专门保护锂电池过充，绝对输出OVP最高104。杜绝超压鼓包，电流防护有双模式，过流、短路打嗝保护、输入输出、电流采样，支持2mΩ/5mΩ 采样电阻自动切换，0.5A到25A 连续限流，可选短路故障自动进入打嗝模式，大幅降低了短路的平均功耗，不会瞬间炸管，同时区分了充电模式和自动关闭打嗝。快充持续恒流，兼顾安全和充电速度。
在温度保护上有温度双监控 ，一路是内置结温检测，165°C热关断，145°C自动恢复。一路是外置 NTC 引脚，实时采集外部电压，监测高温时可自动触发，切断充电，杜绝高温引起火灾，所有故障触发后，ALERT引脚可拉低中断，MCU快速抓取故障代码，方便检修。SS引脚外接电容可调软启动时间，58V 电压尚可做到上电无冲击尖峰故障，关机自动开启内部放电电路，泄放母线高压。此芯片高度集成，外围较简单，传统的方案可能需要升降压控制器、充电管理MCU加采样运放和保护比较器。MP420X一颗芯片可完成全部功能，外围仅电感电容采样电阻、少量补偿器件，PCB大幅减小，适配机器人或机器狗狭小的机身内置充电模块。MPS还可以提供完整的充电参考原理图，功率环路优化方案。该研发周期大幅度缩短，无需反复调试，环路稳定性且具备工业级可靠性，适配机器人恶劣工况。
MPW3201AX（1000W）功率等级适配中型中小型机器狗、轻量化机器人，输入是120V到240V宽幅交流电，支持24V到72V动力电池。发射端集成PFC功率因数校正和逆变电路，接收端集成整流和充电管理，同时支持客户定制线圈。MPW3203AX（3000W）功率等级适配大负载四足机器狗、重载机器人和大型人形机器人，同样兼容24V到72V电池，发射端PFC逆变器独立模块设计，接收端集成整流和充电管理。
发射端是由交流输入到PFC功率因素校正，再到逆变模块，再到发射线圈，接收端是接收线圈、电池充电管理模块，再到机器人的24V到72V的动力电池，收发两者之间通过带内通讯或者是Wi-Fi建立数据交互，实时同步充电功率、电池、电压、线圈位置等数据。
MPS的无线充电方案峰值效率可达96%，采用了MPS自研的氮化镓和碳化硅功率器件，相比传统硅器件损耗大幅降低，整套方案可实现IP67防水防尘功能等级，适配工业使用，具有异物检测、位置检测反馈。机器人回充时自动计算收发线圈、相对位置，通信支持以太网、CAN、RS-485等机器人主流总线，支持Wi-Fi、带内无线通信、电池兼容三元锂、磷酸铁锂、铅酸，覆盖市面上绝大多数的机器人动力电池，还支持客户定制线圈适配多数机器人的结构，可用于背部充电或阻力充电方式，以及机器狗的腹部充电方式。
MPS含有可视化 GUI 界面，用于整套无线充电控制，用户可以自由配置充电曲线，保护阈值。一套方案通用，软件可视化调试，不用复杂的代码开发，使用此套方案可显著节省研发周期。
狭小机身的空间有3款标准化线圈尺寸可选。远距离大线圈为300×200×20mm，Z轴距离10到80mm，偏移容错率较大，适合底盘较高的大型机器狗，中距离线圈是150×100×10mm，Z轴距离是5到40mm，适合中小型机器人、机器狗。超薄近距离线圈是100×100×10mm，Z轴距离是5到15mm，适合超薄机型小型机器人或机器狗使用。
