電動工具革新：迫切的創(chuàng)新需求

專業(yè)用戶選擇使用電動工具，看重的是其高效的便捷性和性能表現(xiàn)，這也加大了市場對高性能、無繩化、便攜式解決方案的需求。這一趨勢轉(zhuǎn)變要求電機控制解決方案必須能夠在日益緊湊且可靠的設(shè)計中實現(xiàn)最大功率和效率，這為設(shè)計工程師帶來了獨特而復(fù)雜的挑戰(zhàn)。

A89212是一款前沿的系統(tǒng)級芯片（SoC）解決方案，專為滿足專業(yè)應(yīng)用中便攜式電動工具設(shè)計的獨特挑戰(zhàn)而打造。本文將探討A89212的核心優(yōu)勢，介紹其創(chuàng)新型設(shè)計如何解決關(guān)鍵設(shè)計瓶頸、提升整體系統(tǒng)性能，同時降低開發(fā)成本并加快產(chǎn)品上市時間。

挑戰(zhàn)：應(yīng)對專業(yè)電動工具多樣化需求的設(shè)計難題

專業(yè)電動工具市場需要涵蓋種類繁多的應(yīng)用場景，這些應(yīng)用對性能參數(shù)的要求各不相同。從輕便的手持電鉆，到高負載的電鏈鋸與電動破碎錘，制造商必須滿足不同的電壓、電流和扭矩要求，以滿足專業(yè)使用環(huán)境的嚴苛標準。傳統(tǒng)做法需要開發(fā)多個工具平臺設(shè)計來滿足所有不同的性能需求。

過去應(yīng)用的多樣性導(dǎo)致了設(shè)計碎片化，制造商需要為不同產(chǎn)品線開發(fā)獨立平臺。每個平臺都需要配備專門的元件、軟件和驗證流程。這種做法帶來了以下問題：

開發(fā)成本增加：多個平臺意味著重復(fù)的工程投入、元件庫存增加以及測試成本上升。

可擴展性受限：將現(xiàn)有設(shè)計適配到不同功率等級或功能配置往往困難重重，耗時費力。

產(chǎn)品上市周期延長：開發(fā)和維護多個平臺會拖慢新產(chǎn)品推出速度。

A89212：專業(yè)電動工具的單一平臺解決方案

A89212是一款高性能的電機控制器系統(tǒng)級芯片 （SoC），專為滿足便攜式電動工具不斷發(fā)展的需求而設(shè)計。通過將不同的關(guān)鍵功能集成到單個芯片內(nèi)，A89212使設(shè)計人員能夠創(chuàng)建靈活、可擴展且經(jīng)濟高效的電動工具平臺，顯著縮短開發(fā)周期、降低成本，快速適應(yīng)新的市場需求和先進技術(shù)要求。

A89212在專業(yè)電動工具應(yīng)用的主要優(yōu)勢

可擴展性

5.5V至90V的寬工作電壓范圍，支持多種電池類型和功率等級。從12V的小型手持電鉆到56V大型割草機均可適用，無需為不同功率等級進行獨立設(shè)計。A89212讓系統(tǒng)設(shè)計人員可以使用相同的PCB設(shè)計，從而節(jié)省測試時間、優(yōu)化軟件資源分配、加快開發(fā)速度并實現(xiàn)產(chǎn)品線擴展。與傳統(tǒng)的碎片化設(shè)計方案相比，降低的開發(fā)成本和時間高達50%。

高度集成

A89212集成了以下重要電機控制功能：

含F(xiàn)PU的40MHz ARM Cortex-M4 CPU內(nèi)核：為先進電機控制算法提供充足處理能力和存儲空間。Cortex-M4處理器內(nèi)核還集成了單精度浮點運算單元（FPU）和數(shù)字信號處理（DSP）指令集，可加速數(shù)學(xué)運算，從而以極低的處理開銷增強電機控制算法的運算性能。

單芯片解決方案將微控制器與集成三相柵極驅(qū)動單元（GDU）合二為一，有助于節(jié)省PCB面積，實現(xiàn)更緊湊的硬件設(shè)計。憑借Allegro在電源解決方案領(lǐng)域的深厚專業(yè)積累，該GDU被設(shè)計為N溝道功率MOSFET驅(qū)動器，可控制三相橋式結(jié)構(gòu)中的MOSFET。它專為具有高功率電感負載的電源應(yīng)用（如無刷直流電機）而設(shè)計，這類電機在各種工業(yè)應(yīng)用中正變得越來越普遍。

PWM生成器：通過死區(qū)時間以及逆變器開關(guān)占空比更新的兩種不同選項，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速和扭矩的精確控制，從而極大限度地提高運行效率和流暢性。

通過采用單個分流電阻進行電流感測，A89212極大限度地減少了外部元件數(shù)量，降低了物料清單（BOM）成本和印刷電路板（PCB）面積要求。這一簡化設(shè)計不僅簡化了設(shè)計，也提高了系統(tǒng)可靠性。

位于柵極驅(qū)動單元（GDU）中的可編程高性能感測放大器，為實現(xiàn)不同的電流檢測范圍提供了靈活性。A89212的高速電流采集能力（在不到1微秒內(nèi)完成）能夠?qū)崿F(xiàn)精確的實時電機控制，并極大程度地降低PWM開關(guān)噪聲的干擾，提升電機運行的平穩(wěn)性與整體性能。

電流采集單元模塊與電流感測放大器協(xié)同工作，通過多達3個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）模塊，以高達12位的分辨率提供精確的電流測量，從而實現(xiàn)高效的電機控制和保護。

支持雙串行通信接口（SCI），通過UART和SAP實現(xiàn)與其他系統(tǒng)元件的無縫通信。這種高集成度設(shè)計降低了物料清單（BOM）成本，簡化了印刷電路板（PCB）布局，并實現(xiàn)了緊湊的設(shè)計。

具備多達8路通用輸入輸出端口，從而有了高度的功能擴展靈活性。

支持先進電機控制，通過AMCT模塊提供專用硬件功能，滿足有傳感器（讀取霍爾傳感器信號）和無傳感器控制方案的開發(fā)需求。

充足的軟件部署存儲空間：

- 高達256kB的閃存

- 32kB DRAM

- 8kB IRAM

可靠性

A89212專為使用電動工具時常見的惡劣電氣環(huán)境而設(shè)計。其中最突出的是其內(nèi)置的業(yè)界領(lǐng)先的負電壓瞬態(tài)保護能力，可承受高達-18V的負向瞬態(tài)電壓。這對于電動工具尤為關(guān)鍵，因為在控制高功率電機的MOSFET開關(guān)過程中，極易產(chǎn)生較大的瞬態(tài)脈沖。A89212的內(nèi)置防護功能大大減少了對外部元件的依賴，從而節(jié)省了電路板空間并降低了BOM成本。

此外，A89212還集成了一整套全面的保護機制，可有效防護系統(tǒng)免受各類潛在故障影響，即使在嚴苛的工作環(huán)境中也能保障系統(tǒng)的可靠運行。這些保護機制包括：

過溫保護（OTP）：OTP電路實時監(jiān)測 A89212的結(jié)溫。一旦溫度超過預(yù)設(shè)閾值，OTP功能將被觸發(fā)，以防止熱失控現(xiàn)象，避免器件本身及其周邊元件受損。

過流保護（OCP）：OCP功能可保護A89212本身，并防止系統(tǒng)元件因電流過大而損壞，避免元件故障，確保安全運行。

過壓保護（OVP）：OVP保護芯片本身及外部MOSFET免受電壓尖峰、負載突降等瞬態(tài)事件帶來的過壓沖擊。

VDS監(jiān)控：通過監(jiān)測外部MOSFET的漏源極電壓（VDS），可及時發(fā)現(xiàn)MOSFET短路、開路等故障，提升系統(tǒng)的故障檢測能力和容錯性。

靈活性與性能并重

A89212基于ARM Cortex-M4可編程內(nèi)核，進一步提升了靈活性。設(shè)計人員可以配置多種參數(shù)，如PWM頻率、死區(qū)時間、電流限值，根據(jù)特定電機或負載條件進行優(yōu)化設(shè)置。這種可編程能力使得A89212能夠適配從高速切割工具到高扭矩緊固工具等多種不同類型的電動工具。

A89212內(nèi)核支持復(fù)雜的電機控制算法，如磁場定向控制（FOC），從而有效提升電機效率與性能。這些特性使電動工具可以在更低能耗下實現(xiàn)更大輸出功率。其高速采樣與轉(zhuǎn)換機制，為FOC算法提供了更充足的計算時間，在每個PWM占空比更新前完成算法運算，確保控制精度與響應(yīng)速度。

借助AMCT模塊，A89212既支持傳統(tǒng)的基于傳感器的電機控制，也提供了先進的無傳感器控制能力，可以預(yù)測轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子位置，支持先進的無傳感器磁場定向控制（FOC）與高頻注入（HFI）等功能。

HFI技術(shù)在無傳感器模式下消除了對外部傳感器的依賴，降低了系統(tǒng)復(fù)雜性和BOM成本，實現(xiàn)了零速下的穩(wěn)定扭矩輸出。這一能力為系統(tǒng)帶來更精確的控制性能與更強的啟動扭矩，對要求苛刻的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。此外，借助高頻注入控制技術(shù)，可以進一步降低與系統(tǒng)運行相關(guān)的噪聲，特別是那些與電機本體固有頻譜信號相關(guān)的干擾。Allegro專有電機控制庫就是一個典型示例：

僅需單個分流電流傳感器，即可實現(xiàn)基于高頻注入的控制方法，從而滿足低速與高扭矩的工況需求。相比于工業(yè)標準的單頻注入方式，該方案采用多頻注入方式，可實現(xiàn)高達25%的噪聲降低，具有顯著的噪聲抑制優(yōu)勢。

面向?qū)I(yè)市場的示例應(yīng)用

A89212非常適用于各種各樣的便攜式專業(yè)電動工具，包括但不限于：

電鉆與電動螺絲刀：A89212可實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速與扭矩的精確控制，延長電池續(xù)航時間，確保在高負載的專業(yè)作業(yè)場景下仍能保持一致性能。

電鋸：A89212的過流保護與VDS電壓監(jiān)測功能，能有效防止因鋸片卡滯或電機故障導(dǎo)致的損壞，提升安全性與可靠性，非常適合專業(yè)用戶使用。

角向磨光機：A89212能夠有效應(yīng)對需要高頻電機電流控制的大功率/高轉(zhuǎn)速工具，滿足從零速啟動到全速運行的嚴苛加速要求，并具備緊急停機安全功能。

割草機與園藝工具：A89212能為電動割草機、綠籬修剪機及其他園藝類工具提供高效、穩(wěn)定的運行保障，延長工具運行時間，降低維護成本，是商業(yè)園林綠化應(yīng)用的理想選擇。

結(jié)論

A89212：專業(yè)級便攜式電動工具的未來動力之源

A89212是專為便攜式電動工具打造的卓越的系統(tǒng)級芯片（SoC）解決方案，助力設(shè)計人員開發(fā)新一代高性能、高效率、高可靠性的產(chǎn)品。其寬工作電壓范圍、高集成度與完善的保護機制直擊電動工具設(shè)計的核心痛點，通過單一平臺解決方案顯著降低開發(fā)成本并加速產(chǎn)品上市周期。Allegro憑借A89212持續(xù)引領(lǐng)電機控制技術(shù)創(chuàng)新，開創(chuàng)電動工具更強勁、更可靠、更人性化的新時代。