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靈活易用，機(jī)動性高

我們知道任何一款產(chǎn)品對于環(huán)境的束縛性越小，所使用的體驗(yàn)感就越舒適，電動工具也不例外。無繩電動工具相比于有繩電動工具擁有更高的機(jī)動性和靈活性，成為了萬千家庭居家必備的首選。如何設(shè)計(jì)一款高效的無繩電動工具是贏得市場青睞的一個(gè)關(guān)鍵。

圖1 無繩電動工具效果圖

東芝半導(dǎo)體結(jié)合市場需求推出了全新的無繩電動工具設(shè)計(jì)方案，幫助市場進(jìn)一步拓寬賽道。

設(shè)計(jì)簡約，但不簡單

一般來說無繩電動工具由四個(gè)部分組成，分別是電池能源、驅(qū)動動力、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和傳感檢測模塊。此次東芝半導(dǎo)體推出的無繩電動工具解決設(shè)計(jì)方案依然使用這套組合拳，但是每個(gè)模塊的連接上都實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的閉環(huán)控制，保證了產(chǎn)品在使用過程中的安全和穩(wěn)定特性。

圖2 東芝無繩電動工具總方框圖

通過上圖能夠很直觀地看出整個(gè)無繩電動工具總體設(shè)計(jì)，電源連接開關(guān)和電池充電管理單元構(gòu)成電池能源部分；柵極驅(qū)動電路、逆變驅(qū)動電路及其3相電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動動力部分；轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)部分是由微控制器或者可編程的電機(jī)驅(qū)動芯片通過外部信號輸入來表達(dá)驅(qū)動能力，實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)矩的切換；傳感檢測部分是由溫度傳感器時(shí)刻檢測驅(qū)動控制器的溫度，發(fā)生堵轉(zhuǎn)或者其他故障導(dǎo)致驅(qū)動器溫度急劇上升就會進(jìn)行反饋關(guān)停。

器件選型，格外重要

圖3是直流有刷電機(jī)的驅(qū)動示意圖。目前，低成本的無繩電動工具中仍然采用有刷直流電機(jī)。

圖3 有刷直流電機(jī)驅(qū)動示意圖

該驅(qū)動電路中①為雙極性晶體管，且要求其VCE具備較高的耐壓、IC支持較大的電流的特性，東芝半導(dǎo)體推薦使用自主研發(fā)的SOT23封裝的PNP管TMBT3906、NPN管TMBT3904、USM封裝的NPN管2SC4116來幫助客戶實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)。其中②為U-MOS系列的MOSFET，東芝推薦使用DSOP封裝的TPWR6003PL、TPWR8004PL，SOP Advance封裝的TRHR8504PL、TRHR7404PU、TPH2R408QM、TPH4R008QM，以及DPAK封裝的TK5R1P08QM、TK6R9P08QM器件代入設(shè)計(jì)當(dāng)中，所有的MOSFET都具備低漏源電阻RDS、小QOSS特性。

在電機(jī)驅(qū)動單元中，若您選擇3相無刷直流電機(jī)驅(qū)動，這里東芝半導(dǎo)體提供了兩種設(shè)計(jì)理念。其一為內(nèi)部嵌入MOSFET的3相電機(jī)驅(qū)動控制器，代表器件為TC78B016FTC，該器件具有高效率，支持廣泛的轉(zhuǎn)速范圍選擇，具備噪音低、振動小、功耗低、發(fā)熱低的優(yōu)良特性。其二為內(nèi)部不具有嵌入MOSFET的3相電機(jī)驅(qū)動器，需要用戶額外在驅(qū)動器外部設(shè)計(jì)MOSFET電路，其代表器件為TB6584FNG、TB6584AFNG、TB6634FNG，此類3相電機(jī)驅(qū)動控制器具備TC78B016FTC優(yōu)點(diǎn)外還擁有額外的擴(kuò)展支持。

在微控制器控制模塊中，需要使用運(yùn)算放大器、MCU、LDO等。如下圖所示：

圖5 微控制器控制部分電路圖

其中⑤為運(yùn)算放大器，要求具備低噪聲、低電流損耗特性，推薦使用TC75S67TU來參考設(shè)計(jì)。⑥為LDO為MCU提供穩(wěn)定的供電電壓，因此需要其具備較低的壓差和低的輸出電壓噪聲，這里推薦東芝SOT-25封裝的TAR5SB系列產(chǎn)品。MCU是整個(gè)無繩電動工具的控制核心，需要有控制電機(jī)驅(qū)動的通信接口，內(nèi)部還相應(yīng)具備3相PWM輸出及其高速、高精度的AD轉(zhuǎn)換電路，東芝自主研發(fā)的TXZ+4A 系列、TX04系列、TX03系列MCU具備很好的控制驅(qū)動能力，可以進(jìn)行參考配置。

最后是充電管理單元。一個(gè)安全的電源電路評判標(biāo)準(zhǔn)是內(nèi)部是否部署隔離元器件以及好的電子保險(xiǎn)絲，對于無繩電動設(shè)備的電源隔離東芝推薦使用TLP358光耦元器件，具有很好的電流傳遞能力以及很高的耐溫能力。而電子保險(xiǎn)絲可以選擇使用WSON10B封裝的TCKE800NA／NL、TCKE805NA／NL、TCKE812NA／NL、及其WSON10封裝的TCKE12BNL，以上電子保險(xiǎn)絲都具備IEC 62368-1認(rèn)證，可重復(fù)使用、豐富的保護(hù)功能。

圖6 充電管理單元部分電路圖

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