電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）作為具身智能的核心載體，2025 年人形機(jī)器人領(lǐng)域迎來(lái)了歷史性的轉(zhuǎn)折，正從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)制造、倉(cāng)儲(chǔ)物流、家庭服務(wù)和醫(yī)療護(hù)理等具體應(yīng)用場(chǎng)景，標(biāo)志著全球人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入規(guī)模化落地的新紀(jì)元。根據(jù) GGII 發(fā)布的《2025 年人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書》，2025 年全球人形機(jī)器人市場(chǎng)銷量預(yù)計(jì)達(dá)到 1.24 萬(wàn)臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 63.39 億元；到 2035 年，這一數(shù)字將飆升至 500 萬(wàn)臺(tái)以上，市場(chǎng)規(guī)模突破 4000 億元。

圖源：《2025 年人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書》

在政策支持、企業(yè)投入與市場(chǎng)需求的多維驅(qū)動(dòng)下，人形機(jī)器人正成為繼新能源汽車后的下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)。然而，產(chǎn)業(yè)爆發(fā)的同時(shí)也面臨著嚴(yán)峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。特別是在硬件層面，續(xù)航能力不足、空間布局受限和運(yùn)動(dòng)精度欠佳三大挑戰(zhàn)，已成為制約產(chǎn)品落地的關(guān)鍵瓶頸。為助力開發(fā)者構(gòu)建行業(yè)領(lǐng)先的人形機(jī)器人系統(tǒng)，全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司 Monolithic Power Systems, Inc. (MPS) 推出人形機(jī)器人全棧式解決方案，覆蓋運(yùn)動(dòng)控制、電池管理系統(tǒng)（BMS）、高效電源和靈巧手等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，縮短人形機(jī)器人研發(fā)上市周期。

人形機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三大挑戰(zhàn)

人形機(jī)器人系統(tǒng)是融合多學(xué)科技術(shù)的復(fù)雜體系，其基本構(gòu)成涵蓋機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等核心模塊。每個(gè)核心模塊又包含更為具體的細(xì)分組件，例如驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要為關(guān)節(jié)提供動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，其主要結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、連接件和傳感器等。

從產(chǎn)品形態(tài)來(lái)看，人形機(jī)器人區(qū)別于機(jī)械臂、輪式機(jī)器人等傳統(tǒng)機(jī)器人，大量引入仿生學(xué)設(shè)計(jì)，力求在形態(tài)上模擬人類，具備四肢、頭部和靈活的雙手。此外，得益于 AI 大模型技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，人形機(jī)器人的人機(jī)交互性能顯著提升，能夠更自然地與人類交流協(xié)作，有效提高工作效率和用戶體驗(yàn)。盡管在人機(jī)交互和環(huán)境適應(yīng)性方面具有天然優(yōu)勢(shì)，但類人形態(tài)也給人形機(jī)器人設(shè)計(jì)帶來(lái)了一系列復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)。

首先，人體自然結(jié)構(gòu)精巧，能夠自如地改變各種形態(tài)并保持平衡。為達(dá)到這種效果，人形機(jī)器人采用多自由度設(shè)計(jì)，若不算靈巧手，上一代人形機(jī)器人全身自由度約為 20 - 30 個(gè)，而最新亮相的部分人形機(jī)器人全身自由度已達(dá) 40 - 60 個(gè)。對(duì)于開發(fā)者而言，更高的自由度意味著需要在狹小空間內(nèi)集成更多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)還需更高精度的產(chǎn)品來(lái)應(yīng)對(duì)雙足行走和高難度動(dòng)作時(shí)的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題。

多自由度設(shè)計(jì)要求人形機(jī)器人全身關(guān)節(jié)需同時(shí)滿足高力矩輸出與低慣量的要求。以雙足行走為例，此時(shí)人形機(jī)器人需在單腿支撐的 “動(dòng)態(tài)平衡” 狀態(tài)下完成重心轉(zhuǎn)移，這就需要高精度的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)配合復(fù)雜的零力矩點(diǎn)（ZMP）控制、步態(tài)規(guī)劃等算法，實(shí)時(shí)調(diào)整關(guān)節(jié)的力矩和位置。當(dāng)人形機(jī)器人進(jìn)行空翻、回旋踢等高難度動(dòng)作時(shí)，對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的精度要求進(jìn)一步提升。

同時(shí)，多自由度使得肩部、肘部等主要關(guān)節(jié)部位需要集成更多電機(jī)，對(duì)電機(jī)方案的集成化和小型化提出了更高要求。目前，行業(yè)主流方案是在一個(gè)關(guān)節(jié)模組里集成 RV 減速器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、FOC 驅(qū)動(dòng)控制器和高精度磁編碼器等元件，這種方案整體性更好，能有效應(yīng)對(duì)部署空間狹小的挑戰(zhàn)。

相較于軀體設(shè)計(jì)，同樣具備多自由度的靈巧手在精度和小型化方面有著更為艱巨的挑戰(zhàn)。靈巧手模仿人手設(shè)計(jì)，人手共有 24 個(gè)自由度，包括拇指 5 個(gè)自由度，其余 4 指各 4 個(gè)自由度，以及腕的外展、腕的彎曲和手掌的弧度 3 個(gè)自由度。為使靈巧手盡可能靈活，目前主流方案多采用 17 - 24 個(gè)自由度設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)，而這些關(guān)節(jié)電機(jī)需在指尖至手掌的狹小空間內(nèi)密集排布，這也是體型小巧的空心杯電機(jī)在靈巧手方案中被廣泛應(yīng)用的主要原因。

除了空間和精度挑戰(zhàn)，人形機(jī)器人面臨的第三個(gè)共性難題是續(xù)航。在 2025 年 4 月于北京舉辦的全球首個(gè)人形機(jī)器人半程馬拉松賽事中，為解決續(xù)航問(wèn)題，允許參賽機(jī)器人在比賽過(guò)程中更換電池，但換電池時(shí)間會(huì)計(jì)入總用時(shí)。通用性和環(huán)境適應(yīng)性的高要求讓人形機(jī)器人多采用搭載電池的方式，然而人形機(jī)器人軀體空間有限，導(dǎo)致搭載的電池容量受限。當(dāng)前大部分人形機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)稱續(xù)航僅為 2 - 6 小時(shí)。為進(jìn)一步提升續(xù)航能力，一方面需要研發(fā)更高能量密度的電池，提升BMS的管理水平；另一方面提高人形機(jī)器人的能效水平也至關(guān)重要。

MPS 讓人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制更靈敏

芯片是人形機(jī)器人系統(tǒng)的核心硬件之一，其性能直接決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度、環(huán)境適應(yīng)能力和智能化水平。為幫助開發(fā)者應(yīng)對(duì)上述關(guān)鍵挑戰(zhàn)，MPS 公司推出一系列兼具小體積和高性能、高效率的芯片方案，涵蓋用于智能大腦的多相電源、高效的 DC/DC 電源方案、運(yùn)動(dòng)控制方案以及 BMS 方案等。

如前文所述，目前市場(chǎng)前沿的人形機(jī)器人全身已具備數(shù)十個(gè)自由度，重點(diǎn)關(guān)節(jié)需集成多個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)高效率、高精度的電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)控制，并滿足小型化要求。為此，MPS 公司推出了100V 半橋驅(qū)動(dòng)器 MP6539 、柵極驅(qū)動(dòng)器 IC MP1918 、TMR 磁角度傳感器 MA600A 和線性霍爾效應(yīng)電流傳感器 MCS1823 等產(chǎn)品。

MP6539 專為三相無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用設(shè)計(jì)，能夠驅(qū)動(dòng)由六個(gè) 100V N - 通道功率 MOSFET 組成的三個(gè)半橋。它支持 100V 工作電壓、120V VBST 最大電壓，具備 0.8A/1A 驅(qū)動(dòng)和灌電流能力；支持電池供電應(yīng)用的低功率休眠模式，Isleep 休眠電流 ≤1μA；擁有可調(diào)節(jié)的死區(qū)時(shí)間控制、可編程過(guò)流保護(hù)（OCP）、故障指示輸出等關(guān)鍵功能；提供 TSSOP - 28（9.7mmx6.4mm）和 QFN - 28（4mmx5mm）兩種封裝形式可供選擇。

MP6539 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

MP1918?用于在半橋或同步應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)具有低柵極閾值電壓的增強(qiáng)型氮化鎵（GaN）FET 或 N 通道 MOSFET。其工作電壓范圍為 3.7V 至 5.5V VCC，提供獨(dú)立的上管（HS）和下管（LS）TTL 輸入以及兩個(gè)獨(dú)立柵極輸出，可實(shí)現(xiàn)可調(diào)導(dǎo)通 / 關(guān)斷功能。MP1918 的 Sink/Source 電流能力出色，分別達(dá)到 1.6A 和 5A，能夠更好地匹配負(fù)載以維持驅(qū)動(dòng)信號(hào)穩(wěn)定。該器件采用側(cè)面鍍錫的 QFN - 14（3mmx3mm）封裝。

MP1918 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

MA600A是一款高精度、高帶寬的 TMR 磁角度傳感器，可助力驅(qū)動(dòng)電機(jī)精準(zhǔn)檢測(cè)角度和位置。該器件經(jīng)過(guò)工廠校準(zhǔn)，在全溫工作范圍內(nèi)誤差（INL）低于 0.6°，若使用片上 32 點(diǎn)查找表進(jìn)行用戶校準(zhǔn)后，誤差可小于 0.1°。MA600A 支持多種磁場(chǎng)強(qiáng)度和裝配方式，包括軸端（同軸）和側(cè)軸（離軸）安裝，可通過(guò)串行外設(shè)接口（SPI）和同步串行接口（SSI）進(jìn)行通信，并支持菊花鏈配置。該器件采用超小型 QFN - 16（3mmx3mm）封裝。

MA600A 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

MCS1823是一款超小尺寸封裝、帶有過(guò)流檢測(cè)功能的線性霍爾效應(yīng)電流傳感器，支持 3.3V 或 5V 單電源供電，最大額定電流為 50A，0.6mΩ 的低電阻原邊導(dǎo)體允許大電流在包含高精度霍爾傳感器的 IC 附近流動(dòng)。同時(shí)，MCS1823 具有快速過(guò)流檢測(cè)（OCD，1μs 響應(yīng)時(shí)間）特性，可輕松監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)流事件。超小尺寸的 TQFN - 12（3mmx3mm）封裝使其能夠輕松應(yīng)對(duì)各種空間受限應(yīng)用。

MCS1823 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

借助這些器件，開發(fā)者能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高可靠、小尺寸的運(yùn)動(dòng)控制方案，使人形機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)、靈活。

MPS 賦能人形機(jī)器人長(zhǎng)續(xù)航設(shè)計(jì)

除高精度和小型化外，人形機(jī)器人的續(xù)航水平也亟待提升，主要可通過(guò)兩條途徑實(shí)現(xiàn)：一是提升全身、智能大腦等方面的電源效率；二是增強(qiáng)電池管理系統(tǒng)（BMS）的管理水平。MPS 公司依托先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝實(shí)現(xiàn)的低功耗、高功率密度電源方案，從機(jī)器人所需外設(shè)輔助供電模塊 MPM54304、關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)供電同步降壓變換器 MP4583，到機(jī)器人大腦 SOC 多相電源控制器 MPQ2967 和 DrMOS MPQ86960 等產(chǎn)品，可有效幫助提升人形機(jī)器人全身的電源效率。

MPM54304?電源管理模塊集成了降壓 DC/DC 變換器、電感和邏輯接口，最大限度減少了外部元器件的使用數(shù)量。該模塊支持 3V - 16V 的寬輸入范圍和 0.55V - 5V 的寬輸出范圍，輸出電壓可通過(guò) I2C 總線進(jìn)行調(diào)節(jié)。MPM54304 的通道 1 和 2 可提供 3A 連續(xù)電流，支持并聯(lián)；通道 3 和 4 可提供 2A 連續(xù)電流，支持并聯(lián)。該器件采用節(jié)省空間的 LGA（7mmx7mmx2mm）封裝。

MPM54304 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

MP4583具有 8μA 的靜態(tài)電流（IQ），支持 4.5V 至 100V 的輸入電壓（VIN）范圍，以及 0.8V 至 35V 的輸出電壓（VOUT）范圍，適用于 2A/3A 負(fù)載的降壓設(shè)計(jì)。該器件提供可選的節(jié)能模式（PSM）或強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式（FCCM），其中強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)通模式可助力實(shí)現(xiàn)輕載條件下的小輸出紋波。該器件采用 QFN - 19（3mmx5mm）的超小型封裝。

MP4583 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

智能大腦是人形機(jī)器人的核心控制系統(tǒng)，包含處理器、傳感器、通信模塊和算法決策單元等關(guān)鍵部件，這些組件對(duì)電源的穩(wěn)定性、可靠性和能效要求極高。面向人形機(jī)器人智能大腦的多相電源應(yīng)用，MPS 公司推出帶串行接口的數(shù)字 4 相控制器 MPQ2967 、50A 單片半橋 Intelli - Phase? 解決方案MPQ86960，以及 6 通道 ASIL - D 電壓監(jiān)測(cè)器 MPQ79500等方案，特征性能如下：

MPQ2967最多可配置為 4 相以雙軌運(yùn)行，可與 MPS Intelli - Phase? 產(chǎn)品配合使用，以最少的外部組件實(shí)現(xiàn)多相穩(wěn)壓器（VR）解決方案，同時(shí)具備欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)（OVP）、欠壓保護(hù)（UVP）、過(guò)流保護(hù)（OCP）、過(guò)溫保護(hù)（OTP）、反向電壓保護(hù)（RVP）等功能。

MPQ86960內(nèi)置功率 MOSFET 和柵極驅(qū)動(dòng)，可優(yōu)化死區(qū)時(shí)間（DT）并降低寄生電感，從而實(shí)現(xiàn)高效率，同時(shí)該器件可在寬輸入電壓（VIN）范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高達(dá) 50A 的連續(xù)輸出電流（IOUT），由于采用 LGA - 38（5mmx6mm）小體積封裝，可實(shí)現(xiàn)高功率密度方案設(shè)計(jì)。

MPQ79500?專為需要監(jiān)測(cè)電壓軌以確保安全的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，輸入電壓（VIN）范圍為 2.7V 至 5.5V，6 個(gè)電壓監(jiān)測(cè)器輸入可分為 4 個(gè)單端輸入和 2 個(gè)差分輸入，每個(gè)電壓監(jiān)測(cè)器輸入都具有可配置的過(guò)壓（OV）閾值和欠壓（UV）閾值。該器件的封裝尺寸為 QFN - 16（3mmx3mm）。

在電池管理系統(tǒng)（BMS）方面，MPS 公司的高性能模擬前端（AFE） MP2793、高精度多節(jié)電芯電量計(jì)MPF4278X等器件，可助力開發(fā)者實(shí)現(xiàn)方案創(chuàng)新。

MP2793?具有高達(dá) 50mA 的內(nèi)部電池均衡功能，支持 7 - 16 節(jié)電池包監(jiān)測(cè)及全方位保護(hù)，支持 FET 軟啟動(dòng)放電控制以消除預(yù)充電電路，其雙 ADC 架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步的電流 / 電壓測(cè)量，用于阻抗測(cè)量。MP2793 可與MPF4278X配合使用，后者可兼容任何 AFE 實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的電量預(yù)估，支持 2s 到 16s 電芯（最高支持 112s 版本），可對(duì)每節(jié)電芯實(shí)現(xiàn) SOC 計(jì)算以及整個(gè) PACK SOC 計(jì)算，提升 SOH、SOC、峰值功率、電池內(nèi)阻的估算精度。

MP2793 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

MPS 助力實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先的靈巧手設(shè)計(jì)

靈巧手是模擬人類手部功能的高自由度機(jī)械裝置，不僅是人形機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分，其應(yīng)用也不局限于人形機(jī)器人。根據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)，2024 年全球機(jī)器人靈巧手出貨量約 76 萬(wàn)只，市場(chǎng)規(guī)模為 17 億美元；預(yù)計(jì)到 2030 年出貨量將突破 141 萬(wàn)只，市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 30 億美元。

目前靈巧手的自由度超過(guò) 20 個(gè)，過(guò)多的自由度給機(jī)械設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)和控制方案帶來(lái)了極大的設(shè)計(jì)難度。為此，MPS 推出空心杯電機(jī)驅(qū)動(dòng) MP6540H、角度傳感器 MA900、一體化方案 MMP1RH-XXXX-XXXX 和 100V 同步 buck 降壓控制器 MP993x 等產(chǎn)品。

MP6540H為 3 相直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，集成了由 6 個(gè) N - 溝道功率 MOSFET 組成的三個(gè)半橋、預(yù)驅(qū)動(dòng)器、柵極驅(qū)動(dòng)電源和電流采樣放大器。該器件可提供高達(dá) 6A 的峰值電流和 5A 連續(xù)輸出電流，使用內(nèi)部電荷泵為上管 MOSFET 生成柵極驅(qū)動(dòng)電源電壓，并采用涓流充電電路維持足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，以實(shí)現(xiàn) 100％占空比操作。該器件采用QFN-26 (5mmx5mm)封裝。

MP6540H 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

MA900可為靈巧手的關(guān)節(jié)電機(jī)提供高精度的位置檢測(cè)，其角度數(shù)據(jù)從傳感器 IC 上多個(gè)位置的磁場(chǎng)差異中提取，這種差分法消除了寄生磁場(chǎng)的影響，對(duì)超過(guò) 4kA/m DC 或 5mT 的寄生雜散磁場(chǎng)不敏感，可提供零滯后的結(jié)果輸出。MA900 通過(guò)片上非易失性存儲(chǔ)器（NVM）存儲(chǔ)設(shè)置參數(shù)，如參考零角度位置、ABZ 編碼器設(shè)置和 UVW 仿真配置，其中 ABZ 正交編碼器接口可配置每圈脈沖數(shù)（PPT），UVW 接口支持 1 到 8 極對(duì)仿真。該器件采用 QFN - 16（3mmx3mm）封裝。

MA900 應(yīng)用框圖，圖源：MPS

一體化方案 MMP1RH-XXXX-XXXX 作為靈巧手一體化空心杯電機(jī)驅(qū)動(dòng)模組，集成 FOC 算法、編碼器，整體方案直徑僅 9mm，滿足靈巧手的小型化要求，并可通過(guò) RS485 通信接口進(jìn)行信息傳輸。

MP993x 是可廣泛用于 GPU 供電、靈巧手、外設(shè)等輔源的 100V 同步 buck 降壓控制器，具有 100k - 1Mhz 可調(diào)工作頻率和 USM/PSM/CCM 可選工作模式，支持 0.8V - 80V 輸出，適用于 1W - 300W 降壓電源設(shè)計(jì)，并提供可調(diào)節(jié)斜波補(bǔ)償和電流限引腳功能。該器件采用 QFN - 23（4mmx4mm）的超小封裝。

結(jié)語(yǔ)

在人形機(jī)器人從概念邁向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的進(jìn)程中，MPS 推出的全棧式解決方案精準(zhǔn)突破了人形機(jī)器人設(shè)計(jì)的物理限制。這些高性能、高效率、小體積的芯片產(chǎn)品，為人形機(jī)器人的高效運(yùn)動(dòng)控制、高功率密度電源設(shè)計(jì)、充分的能量利用以及領(lǐng)先的靈巧手設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)保障，幫助開發(fā)者應(yīng)對(duì)空間與精度挑戰(zhàn)，并攻克續(xù)航難題，推動(dòng)人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)朝著規(guī)?；涞卮蟛竭~進(jìn)，使其在更多領(lǐng)域綻放光彩。

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