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

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)間表

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(wú)繩）工具，制造商也在繼續(xù)從直流向無(wú)刷直流（BLDC）遷移。隨著這種遷移，對(duì)更可靠的工具的需求具有更大的移動(dòng)性和更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間，從而催生了大量的行業(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(wú)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底線。制造商可以使用利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)來(lái)支持產(chǎn)品組合中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，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、磨削、打磨、整形、拋光等）所需的各種電池電壓和功率構(gòu)成了重大的工程挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)電池電壓為18 V時(shí)，電鉆可能消耗400 W，而電鋸在電池電壓高達(dá)80 V時(shí)可能消耗數(shù)千瓦。

由于要求因產(chǎn)品和應(yīng)用而異，因此每個(gè)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)人員通常使用分立式方法來(lái)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，需要更高額定值的元件。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)多個(gè)解決方案和平臺(tái)，每個(gè)解決方案和平臺(tái)都有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)要求。SoC可能能夠容納低功耗設(shè)備;然而，中功率和高功率器件需要增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性，這也可能需要不同的MCU。所有這些考慮因素都會(huì)增加成本。

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

由于依賴使用來(lái)自多個(gè)供應(yīng)商的分立組件創(chuàng)建的平臺(tái)，可以減輕研發(fā)支出的增加，重大的物流挑戰(zhàn)以及延長(zhǎng)的上市時(shí)間。一種方法是使用帶有柵極驅(qū)動(dòng)器的通用MCU。雖然可以選擇同時(shí)具有電壓范圍和柵極驅(qū)動(dòng)能力的柵極驅(qū)動(dòng)器來(lái)滿足所有應(yīng)用的需求，但這可能不切實(shí)際。具有高電壓范圍的柵極驅(qū)動(dòng)器通常具有較高的成本，因此對(duì)于電池電壓較低的應(yīng)用，將會(huì)受到裕量損失。更好的方法是使用兩個(gè)具有不同電壓范圍的引腳到引腳插入式替換柵極驅(qū)動(dòng)器。無(wú)論電壓范圍如何，這些柵極驅(qū)動(dòng)器都應(yīng)具有柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，以支持低功率和高功率應(yīng)用。

這些柵極驅(qū)動(dòng)器可用作平臺(tái)中的可互換元件，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用了現(xiàn)有軟件和IP，并減少了研發(fā)時(shí)間和物流費(fèi)用。

在實(shí)現(xiàn)為所有電動(dòng)工具提供服務(wù)的理想單芯片解決方案之前，使用分立元件作為單平臺(tái)解決方案中彼此的直接替代品可能是降低研發(fā)成本的最佳方法，同時(shí)為整個(gè)電動(dòng)工具產(chǎn)品線提供服務(wù)。由于分立元件的封裝和引腳排列因供應(yīng)商而異，因此找到可互換元件可能意味著找到單一供應(yīng)商的解決方案。如今，可互換的柵極驅(qū)動(dòng)器可從單個(gè)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)將通過消除外部元件來(lái)幫助減小PCB尺寸，這將釋放可用于更大電池的空間，或者有助于減小工具的尺寸，減少整體碳足跡。SoC解決方案還將提供更高的可靠性，簡(jiǎn)化物流并降低成本。

變化是不可避免的 — 立即做好準(zhǔn)備

隨著業(yè)界對(duì)無(wú)傳感器解決方案和物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)測(cè)，未來(lái)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(wú)法支持未來(lái)的許多功能。在未來(lái)的某個(gè)地方，今天的許多開發(fā)平臺(tái)將需要改進(jìn)以適應(yīng)新興功能。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。

如今，電動(dòng)工具開發(fā)人員將從使用單一平臺(tái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品中受益。分階段遷移的一種方法可能是從MCU加可互換的柵極驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)開始，然后在新解決方案出現(xiàn)時(shí)切換到SoC架構(gòu)。通過現(xiàn)在計(jì)劃分階段重新設(shè)計(jì)單平臺(tái)解決方案，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，可以大大減少未來(lái)研發(fā)負(fù)擔(dān)，當(dāng)新功能出現(xiàn)時(shí)，產(chǎn)品線將有望迅速滲透市場(chǎng)。

切換到單平臺(tái)解決方案是一個(gè)重大決定。然而，在存在該功能的未來(lái)，很容易想象每個(gè)人都將使用基于SoC的方法，以滿足其電動(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)人員需要為這項(xiàng)工作找到合適的可互換柵極驅(qū)動(dòng)器。通過考慮您當(dāng)前和預(yù)期產(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。未來(lái)最敏捷的電動(dòng)工具提供商可能是那些計(jì)劃并開始遷移到單平臺(tái)解決方案的人。

審核編輯 黃昊宇