電動工具柵極驅(qū)動器的級聯(lián)需求

電動工具的廣泛應(yīng)用增加了產(chǎn)品開發(fā)成本和時間線

房主和專業(yè)消費者都在從交流供電（有線）工具遷移到直流電池供電（無線）工具，制造商也在繼續(xù)從直流遷移到無刷直流 （BLDC）。隨著這種遷移，對更可靠的工具的需求也隨之而來，這些工具具有更大的移動性和更長的運行時間，催生了大量的行業(yè)研發(fā)投資。

雖然這些發(fā)展令人興奮，但由此產(chǎn)生的無數(shù)新設(shè)計和研發(fā)周期消耗了寶貴的資源并影響了利潤。制造商可以通過使用具有電壓范圍和柵極驅(qū)動器功能的單一通用平臺的設(shè)計來支持產(chǎn)品組合中的產(chǎn)品，從而降低成本。

從電動螺絲刀到錘鉆再到鏈鋸，這些工具的商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用（用于切割、鉆孔、打磨、打磨、成型、拋光等）所需的不同電池電壓和瓦數(shù)構(gòu)成了重大的工程挑戰(zhàn)。例如，電鉆在電池電壓為 18 V 時可能會消耗 400 W，而電鋸在電池電壓高達 80 V 時可能會消耗數(shù)千瓦。

由于產(chǎn)品和應(yīng)用程序的要求差異很大，因此每種產(chǎn)品設(shè)計中的組件選擇也可能有很大差異。具有低電池電壓的低功耗產(chǎn)品的典型方法是片上系統(tǒng) （SoC），它為尺寸和成本提供了最優(yōu)化的解決方案。然而，大多數(shù) SoC 沒有能力驅(qū)動更大的 MOSFET。設(shè)計人員經(jīng)常使用分立方法來驅(qū)動這些較大的負載，例如帶有微控制器單元 （MCU） 的柵極驅(qū)動器。隨著電池電壓的增加，需要更高額定值的組件。當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計需要不同的解決方案時，資源緊張會影響軟件工程和硬件工程。最后，通常會開發(fā)多種解決方案和平臺，每個解決方案和平臺都會帶來更多的成本和資源需求。

這些應(yīng)用圖說明了對電動工具柵極驅(qū)動器的級聯(lián)需求。SoC 可能能夠容納低功耗設(shè)備；然而，中高功率設(shè)備需要增加設(shè)計復(fù)雜性，這也可能需要不同的 MCU。所有這些考慮都會增加成本。

適用于所有應(yīng)用程序的單一平臺解決方案可縮短開發(fā)時間和成本

由于依賴使用來自多個供應(yīng)商的分立組件創(chuàng)建的平臺，因此可以減輕研發(fā)支出的增加、重大的后勤挑戰(zhàn)和上市時間的延長。一種方法是使用帶有柵極驅(qū)動器的通用 MCU。盡管可以選擇具有電壓范圍和柵極驅(qū)動能力的柵極驅(qū)動器來滿足所有應(yīng)用，但這可能不切實際。具有高電壓范圍的柵極驅(qū)動器通常會帶來更高的成本，因此對于電池電壓較低的應(yīng)用來說，會有一個邊際損失。更好的方法是使用兩個具有不同電壓范圍的引腳對引腳插入式替代柵極驅(qū)動器。無論電壓范圍如何，這些柵極驅(qū)動器都應(yīng)具有支持低功率和高功率應(yīng)用的柵極驅(qū)動強度。

這些柵極驅(qū)動器可以用作平臺中的可互換組件，設(shè)計人員可以選擇滿足電壓范圍要求的柵極驅(qū)動器。在 MCU 加?xùn)艠O驅(qū)動器架構(gòu)中使用引腳對引腳柵極驅(qū)動器作為直接替代品將創(chuàng)建一個平臺，為產(chǎn)品組合中的所有產(chǎn)品線提供服務(wù)。該解決方案最大限度地重復(fù)使用現(xiàn)有軟件和 IP，并減少研發(fā)時間和后勤費用。

在實現(xiàn)服務(wù)于所有電動工具的理想單芯片解決方案之前，在單平臺解決方案中使用分立元件作為彼此的直接替代品可能是在服務(wù)于整個電動工具產(chǎn)品線的同時降低研發(fā)成本的最佳方式。 由于分立元件的封裝和引腳分配因供應(yīng)商而異，因此尋找可互換元件可能意味著尋找單一供應(yīng)商解決方案。如今，可互換柵極驅(qū)動器可從單一供應(yīng)商處獲得，作為一個產(chǎn)品系列，服務(wù)于整個電動工具系列。

與基于 MCU 的方法相比，最佳方法是使用 SoC 開發(fā)電動工具產(chǎn)品線。這種架構(gòu)將通過消除外部組件來幫助減小 PCB 尺寸，從而騰出可用于更大電池的空間，或幫助減小工具的尺寸，從而減少總體碳足跡。SoC 解決方案還將提供更高的可靠性、簡化物流并降低成本。

改變是不可避免的——現(xiàn)在就準(zhǔn)備

隨著業(yè)界對無傳感器解決方案和物聯(lián)網(wǎng)的期待，未來的電動工具將提出新的需求。當(dāng)今 BLDC 電動工具平臺中使用的當(dāng)前解決方案將無法支持未來的許多功能。在未來的某個地方，今天的許多開發(fā)平臺都需要進行改造以適應(yīng)新興能力。這意味著重新開發(fā)電動工具平臺的不可避免的費用正在逼近。

今天，電動工具開發(fā)商將從使用單一平臺設(shè)計他們的產(chǎn)品中受益。分階段遷移的一種方法可能是從 MCU 加可互換柵極驅(qū)動器架構(gòu)開始，然后隨著新解決方案的出現(xiàn)切換到 SoC 架構(gòu)。通過現(xiàn)在計劃對單平臺解決方案進行分階段的重新設(shè)計，該解決方案具有支持當(dāng)前和預(yù)期電動工具需求的適應(yīng)性，未來的研發(fā)負擔(dān)可以大大減輕，并且產(chǎn)品線將在新功能出現(xiàn)時為快速市場滲透做好準(zhǔn)備出現(xiàn)。

切換到單一平臺解決方案是一個重大決定。然而，在存在這種能力的未來，很容易想象每個人都會使用基于 SoC 的方法來滿足其電動工具組合的需求。對于臨時 MCU 加?xùn)艠O驅(qū)動器方法，開發(fā)人員需要找到適合該工作的可互換柵極驅(qū)動器。通過考慮您當(dāng)前和預(yù)期的產(chǎn)品線的需求以及單個供應(yīng)商的離散、可互換組件，您可能能夠看到開發(fā)單一平臺解決方案和級聯(lián)節(jié)省的清晰路徑。明天最靈活的電動工具供應(yīng)商很可能是那些計劃并開始遷移到今天的單一平臺解決方案的供應(yīng)商。

作者 Andy Wang，Allegro MicroSystems 工業(yè)電機產(chǎn)品線總監(jiān)