采用先进的MOSFET技术来应对电动工具的挑战

李倩 发表于 2018-04-12 14:31:36 收藏 已收藏
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采用先进的MOSFET技术来应对电动工具的挑战

李倩 发表于 2018-04-12 14:31:36

不断增长的无绳电动工具市场

以前无绳电动工具主要是专业人员使用,而现在,随着越来越多的消费者选择自主完成一些简单的作业。举个例子,家里装修的时候,很多人会根据自己的爱好,自己DIY装修。这个时候经常会用到很多工具,包括手动工具和电动工具,而大多数消费者会选择电动工具,希望找到一款易用、便携且更安全的电动工具。无绳电动工具可以满足这些需求,因为它采用电池供电,并且体积小巧,是居家好帮手。而且,房地产市场的大幅回升及发展中国家基础设施的快速大规模扩建也提高了来自专业用户的市场需求。因此,无绳电动工具的市场正在不断的增长。

下一代无绳电动工具面临的挑战

出于多种原因,尤其是便利性、便携性和安全性,人们将目光从市电供电的有绳电动工具转向无绳电动工具。消费者希望单次电池充电后能够长时间使用,并确保在各种使用环境下长期可靠地运行,同时要求持续降低工具重量和减小尺寸。随着无绳电动工具的广泛使用,对它的需求也越来越多,在某些情况下,许多需求之间相互作用、相互竞争,这样给工具的制造商和设计师带来了非常大的压力。

无绳电动工具主要由充电器、电池组、电子开关和电机部件构成。电机是每个无绳电动工具的枢纽,可将电池的电能转换成设计的工具动能。无绳电动工具大部分使用直流有刷电机和直流无刷(BLDC)电机。BLDC电机优势是寿命更长,功能更强大,但是电机的成本要高,控制更加复杂。BLDC电机都是由电机驱动电路来实现,它由控制电路和分立半导体组成,可形成三相逆变器。该逆变器可产生交错电源信号,用于正确驱动BLDC电机。

所有无绳电动工具都需要进行充电后使用,从电池中获取尽可能多的能量,然后尽可能高效地利用能量,是工具设计师面临的两大关键挑战。先进的锂离子电池有助于满足长时间工作要求,但除此之外,正确地选择功率半导体对充电适配器、充电电路和锂电池保护电路进行高度优化,也可以同样实现。

采用先进的功率MOSFET技术能够帮助克服从电池充电到电机控制等关键功能模块中的这些挑战,并通过这些技术来设计高输出功率、使用寿命更长、小型便携的无绳电动工具。

采用先进的MOSFET技术来应对电动工具的挑战

东芝专门针对无绳电动工具设计中挑战性需求,推出一项新的沟槽LV MOSFET的新型技术,来应对上述挑战。例如,东芝的U-MOSIII MOSFET技术提供了30V~250V级MOSFET系列,该系列具有广泛的宽电压范围产品线。U-MOSIX技术可支持市面上部分导通电阻值最低的3V~60V级MOSFET。在U-MOSIX系列中,3mm×3mm 40V封装产品的RDS(ON)最大值低至2.3mΩ,而5mm×6mm 40V封装产品将RDS(ON)最大值降至0.85mΩ。

MOSFET适用于典型无绳电动工具中各种应用的实例

如上图所示,在典型的无绳电动工具中,每个主要构件都将受益于高性能MOSFET技术。在充电器内,MOSFET充当着高低侧开关元件。在电池组中,MOSFET提供了保护,能够在故障条件下快速断开电池。在工具本身中,MOSFET用作电子开关,并用于形成可提供电机驱动的六元件三相逆变器。U-MOS和LV-MOSFET系列为不同的电池电压提供了多种选择。上面的例子针对一种具有四串或五串电池组且用来驱动BLDC电机的工具。蓝色标记的器件可以为高端工具提供更优越的性能,而黑色标记的器件提供了最好的性价比,并且非常适合针对DIY市场的无绳工具。

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