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靈活易用，機(jī)動(dòng)性高

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

圖1 無(wú)繩電動(dòng)工具效果圖

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

設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約，但不簡(jiǎn)單

一般來(lái)說(shuō)無(wú)繩電動(dòng)工具由四個(gè)部分組成，分別是電池能源、驅(qū)動(dòng)動(dòng)力、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)和傳感檢測(cè)模塊。此次東芝半導(dǎo)體推出的無(wú)繩電動(dòng)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(guò)程中的安全和穩(wěn)定特性。

圖2 東芝無(wú)繩電動(dòng)工具總方框圖

通過(guò)上圖能夠很直觀地看出整個(gè)無(wú)繩電動(dòng)工具總體設(shè)計(jì)，電源連接開(kāi)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(dòng)電路、逆變驅(qū)動(dòng)電路及其3相電機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)動(dòng)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(dòng)芯片通過(guò)外部信號(hào)輸入來(lái)表達(dá)驅(qū)動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)矩的切換；傳感檢測(cè)部分是由溫度傳感器時(shí)刻檢測(cè)驅(qū)動(dòng)控制器的溫度，發(fā)生堵轉(zhuǎn)或者其他故障導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器溫度急劇上升就會(huì)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(dòng)示意圖。目前，低成本的無(wú)繩電動(dòng)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(dòng)示意圖

該驅(qū)動(dòng)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(lái)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(dòng)單元中，若您選擇3相無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)器，需要用戶額外在驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(lái)參考設(shè)計(jì)。⑥為L(zhǎng)DO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(wú)繩電動(dòng)工具的控制核心，需要有控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(píng)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(duì)于無(wú)繩電動(dòng)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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公司22,200名員工遍布世界各地，致力于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值的最大化，東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社十分注重與客戶的密切協(xié)作，旨在促進(jìn)價(jià)值共創(chuàng)，共同開(kāi)拓新市場(chǎng)，公司現(xiàn)已擁有超過(guò)8,598億日元（62億美元）的年銷售額，期待為世界各地的人們建設(shè)更美好的未來(lái)并做出貢獻(xiàn)。

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