電動(dòng)工具柵極驅(qū)動(dòng)器的級(jí)聯(lián)需求

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

房主和專業(yè)消費(fèi)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(duì)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(dòng)性和更長的運(yùn)行時(shí)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(jì)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(dòng)器功能的單一通用平臺(tái)的設(shè)計(jì)來支持產(chǎn)品組合中的產(chǎn)品，從而降低成本。

從電動(dòng)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(shí)可能會(huì)消耗 400 W，而電鋸在電池電壓高達(dá) 80 V 時(shí)可能會(huì)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(jì)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(dòng)更大的 MOSFET。設(shè)計(jì)人員經(jīng)常使用分立方法來驅(qū)動(dòng)這些較大的負(fù)載，例如帶有微控制器單元 （MCU） 的柵極驅(qū)動(dòng)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(jì)需要不同的解決方案時(shí)，資源緊張會(huì)影響軟件工程和硬件工程。最后，通常會(huì)開發(fā)多種解決方案和平臺(tái)，每個(gè)解決方案和平臺(tái)都會(huì)帶來更多的成本和資源需求。

這些應(yīng)用圖說明了對(duì)電動(dòng)工具柵極驅(qū)動(dòng)器的級(jí)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(jì)復(fù)雜性，這也可能需要不同的 MCU。所有這些考慮都會(huì)增加成本。

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

由于依賴使用來自多個(gè)供應(yīng)商的分立組件創(chuàng)建的平臺(tái)，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(shí)間的延長。一種方法是使用帶有柵極驅(qū)動(dòng)器的通用 MCU。盡管可以選擇具有電壓范圍和柵極驅(qū)動(dòng)能力的柵極驅(qū)動(dòng)器來滿足所有應(yīng)用，但這可能不切實(shí)際。具有高電壓范圍的柵極驅(qū)動(dòng)器通常會(huì)帶來更高的成本，因此對(duì)于電池電壓較低的應(yīng)用來說，會(huì)有一個(gè)邊際損失。更好的方法是使用兩個(gè)具有不同電壓范圍的引腳對(duì)引腳插入式替代柵極驅(qū)動(dòng)器。無論電壓范圍如何，這些柵極驅(qū)動(dòng)器都應(yīng)具有支持低功率和高功率應(yīng)用的柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。

這些柵極驅(qū)動(dòng)器可以用作平臺(tái)中的可互換組件，設(shè)計(jì)人員可以選擇滿足電壓范圍要求的柵極驅(qū)動(dòng)器。在 MCU 加?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)中使用引腳對(duì)引腳柵極驅(qū)動(dòng)器作為直接替代品將創(chuàng)建一個(gè)平臺(tái)，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(shí)間和后勤費(fèi)用。

在實(shí)現(xiàn)服務(wù)于所有電動(dòng)工具的理想單芯片解決方案之前，在單平臺(tái)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(gè)電動(dòng)工具產(chǎn)品線的同時(shí)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(dòng)器可從單一供應(yīng)商處獲得，作為一個(gè)產(chǎn)品系列，服務(wù)于整個(gè)電動(dòng)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(dòng)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(duì)無傳感器解決方案和物聯(lián)網(wǎng)的期待，未來的電動(dòng)工具將提出新的需求。當(dāng)今 BLDC 電動(dòng)工具平臺(tái)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(gè)地方，今天的許多開發(fā)平臺(tái)都需要進(jìn)行改造以適應(yīng)新興能力。這意味著重新開發(fā)電動(dòng)工具平臺(tái)的不可避免的費(fèi)用正在逼近。

今天，電動(dòng)工具開發(fā)商將從使用單一平臺(tái)設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)劃對(duì)單平臺(tái)解決方案進(jìn)行分階段的重新設(shè)計(jì)，該解決方案具有支持當(dāng)前和預(yù)期電動(dòng)工具需求的適應(yīng)性，未來的研發(fā)負(fù)擔(dān)可以大大減輕，并且產(chǎn)品線將在新功能出現(xiàn)時(shí)為快速市場滲透做好準(zhǔn)備出現(xiàn)。

切換到單一平臺(tái)解決方案是一個(gè)重大決定。然而，在存在這種能力的未來，很容易想象每個(gè)人都會(huì)使用基于 SoC 的方法來滿足其電動(dòng)工具組合的需求。對(duì)于臨時(shí) MCU 加?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)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(tái)解決方案和級(jí)聯(lián)節(jié)省的清晰路徑。明天最靈活的電動(dòng)工具供應(yīng)商很可能是那些計(jì)劃并開始遷移到今天的單一平臺(tái)解決方案的供應(yīng)商。

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