Onsemi在近期舉辦的“無人機與機器人智能感知及電源解決方案”網(wǎng)絡(luò)研討會上，系統(tǒng)展示了其在無人機領(lǐng)域的技術(shù)布局。從市場趨勢到系統(tǒng)架構(gòu)，再到核心功率電子方案，本文聚焦于無人機電源與快充技術(shù)，梳理其關(guān)鍵內(nèi)容。

無人機與機器人：高增長賽道

當前，全球半導體行業(yè)正將機器人視為核心增長市場。無人機作為空中機器人，其增長速度相對穩(wěn)健，復合年增長率（CAGR）約為15%。相比之下，人形機器人的CAGR高達約50%，協(xié)作機器人和自主移動機器人也分別達到30%。

從市場規(guī)模來看，全球無人機市場預(yù)計在2025年達到約730億美元，到2030年將增長至1636億美元。其應(yīng)用結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出明顯的“二八分化”特征：軍事用途占比最高，達48.8%；商業(yè)用途緊隨其后，占35.5%；而大眾熟知的消費級無人機，其市場份額已降至15.7%。在商業(yè)細分領(lǐng)域中，建筑與測繪是最大的應(yīng)用場景，占比高達56.7%，其后依次為公共安全、農(nóng)業(yè)以及油氣與采礦。

值得一提的是，無人機燈光秀作為新興的商業(yè)應(yīng)用，正逐步成為傳統(tǒng)煙花的可持續(xù)替代方案。其全球市場規(guī)模在2024年已達15億美元，預(yù)計到2033年將超過60億美元，顯示出這一領(lǐng)域的創(chuàng)新活力。

功率跨度巨大，系統(tǒng)架構(gòu)復雜

與地面機器人一樣，不同級別的無人機，其功率需求天差地別：

納米級無人機：0.1W–1W

微型無人機：5W–50W

消費級無人機：100W–300W

商業(yè)級無人機：1kW級別

電動垂直起降飛行器（eVTOL）：10kW–250kW

混合動力eVTOL：最高可達1.5MW

以一臺1kW的商業(yè)級四軸無人機為例，每個無刷直流電機（BLDC）的功率約為250W。這意味著其電源設(shè)計、電池容量以及驅(qū)動架構(gòu)，與百瓦級的消費級產(chǎn)品完全不同。

一個典型的無人機系統(tǒng)框圖，其核心架構(gòu)圍繞以下幾個部分展開：

控制中樞：以SoC主處理器為核心，通過GPS、4G/5G、Wi-Fi、藍牙等多種通信模塊，實現(xiàn)與地面站及外部網(wǎng)絡(luò)的連接。

電源系統(tǒng)：電池組通過電池管理系統(tǒng)（BMS）、DC-DC轉(zhuǎn)換器和電子保險絲（eFuse），為全系統(tǒng)提供穩(wěn)定、安全的電力。

感知系統(tǒng)：集成了視覺導航系統(tǒng)（VNS）、環(huán)境光傳感器、超聲波、激光雷達、壓力計等，為飛行控制和環(huán)境感知提供數(shù)據(jù)。

動力與任務(wù)系統(tǒng)：由BLDC電機驅(qū)動螺旋槳提供飛行動力。同時，可更換的云臺系統(tǒng)搭載了成像模塊、激光雷達、慣性測量單元（IMU）等，通過千兆以太網(wǎng)、CAN等高速總線與主控進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)穩(wěn)定拍攝與多模態(tài)感知。

電源系統(tǒng)：無人機的“心臟”

如果說攝像頭是無人機的“眼睛”，那么電源分配與動力驅(qū)動系統(tǒng)就是真正的“心臟”，決定了飛行器的續(xù)航、性能和可靠性。

●鋰電池電源架構(gòu)
無人機鋰電池通常以1S（3.7V）為基礎(chǔ)單元，通過串聯(lián)組成4S（14.8V）、10S（37V）等不同電壓的平臺。Onsemi在此領(lǐng)域提供了一系列關(guān)鍵芯片：

核心電源轉(zhuǎn)換：如FAN65008B同步降壓轉(zhuǎn)換器，支持4.5V–65V寬電壓輸入，可靈活適配不同串數(shù)的電池組。

電池監(jiān)控：NCS35011用于精確檢測電池的過壓和欠壓狀態(tài)，是BMS的重要一環(huán)。

安全保護：NIS3071 eFuse電子保險絲。它能在模塊出現(xiàn)異常過流或過熱時，快速、獨立地切斷故障支路的電源，防止問題擴大導致整機失效。對于高空飛行的無人機而言，這種精準的分區(qū)保護是保障安全的關(guān)鍵底線。

●BLDC電機驅(qū)動方案

無人機幾乎全部采用無刷直流電機（BLDC）。其驅(qū)動架構(gòu)通常包含eFuse保護、三相柵極驅(qū)動器、功率MOSFET和位置傳感器。

集成驅(qū)動：安森美的NCD83591是一款三相柵極驅(qū)動器，支持5V–60V工作電壓，內(nèi)部集成了多種保護機制，有助于簡化設(shè)計、降低BOM成本。

高效功率器件：功率MOSFET的導通電阻（RDS(on)RDS(on)）直接決定發(fā)熱和效率。Onsemi的T10系列MOSFET導通電阻可低至0.42mΩ，能有效降低功率損耗，提升系統(tǒng)效率，從而延長無人機的續(xù)航時間。

高精度位置檢測：NCS32100電感式位置傳感器，其精度可達0.0138°，并支持高達45,000 rpm的轉(zhuǎn)速。與傳統(tǒng)的光學編碼器或磁性傳感器相比，電感式方案不僅抗振動、無需使用稀土材料，而且重量更輕，能為飛控系統(tǒng)提供更精準、更快速的響應(yīng)。

大功率快充：碳化硅（SiC）成為關(guān)鍵

當無人機進入千瓦級功率段，充電效率就成為了影響運營成本的核心因素。Onsemi安森美提供的3kW快充參考方案，其核心是基于碳化硅（SiC）的功率架構(gòu)。該方案采用圖騰柱無橋PFC（功率因數(shù)校正）加LLC諧振變換器的經(jīng)典拓撲結(jié)構(gòu)，并使用了EliteSiC MOSFET系列器件。其輸入電壓范圍覆蓋85V–264V AC，可輸出48V/62.5A DC，能很好地適配10S鋰電池組。

碳化硅器件的主要優(yōu)勢在于：

更高開關(guān)頻率：減小了變壓器、電感等磁性元件的體積，提升了功率密度。

更低開關(guān)損耗：提高了電源轉(zhuǎn)換效率，減少了散熱需求。

更小整體尺寸：有助于實現(xiàn)輕量化，這對無人機至關(guān)重要。

該快充系統(tǒng)配合標準的CC/CV（恒流/恒壓）充電曲線（預(yù)充電→恒流充電→恒壓充電→涓流充電），可以在保證電池壽命的前提下，顯著縮短充電時間。對于物流無人機或工業(yè)巡檢無人機而言，更快的充電速度意味著更高的資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率和運營效率。

總結(jié)

無人機的技術(shù)演進，不僅僅體現(xiàn)在飛控算法和視覺AI的進步上。真正決定其續(xù)航能力、安全邊界和功率密度的基石，在于功率電子與半導體器件。

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