电动工具栅极驱动器的级联需求

　　电动工具的广泛应用增加了产品开发成本和时间线

　　房主和专业消费者都在从交流供电（有线）工具迁移到直流电池供电（无线）工具，制造商也在继续从直流迁移到无刷直流 （BLDC）。随着这种迁移，对更可靠的工具的需求也随之而来，这些工具具有更大的移动性和更长的运行时间，催生了大量的行业研发投资。

　　虽然这些发展令人兴奋，但由此产生的无数新设计和研发周期消耗了宝贵的资源并影响了利润。制造商可以通过使用具有电压范围和栅极驱动器功能的单一通用平台的设计来支持产品组合中的产品，从而降低成本。

　　从电动螺丝刀到锤钻再到链锯，这些工具的商业和工业应用（用于切割、钻孔、打磨、打磨、成型、抛光等）所需的不同电池电压和瓦数构成了重大的工程挑战。例如，电钻在电池电压为 18 V 时可能会消耗 400 W，而电锯在电池电压高达 80 V 时可能会消耗数千瓦。

　　由于产品和应用程序的要求差异很大，因此每种产品设计中的组件选择也可能有很大差异。具有低电池电压的低功耗产品的典型方法是片上系统 （SoC），它为尺寸和成本提供了最优化的解决方案。然而，大多数 SoC 没有能力驱动更大的 MOSFET。设计人员经常使用分立方法来驱动这些较大的负载，例如带有微控制器单元 （MCU） 的栅极驱动器。随着电池电压的增加，需要更高额定值的组件。当产品设计需要不同的解决方案时，资源紧张会影响软件工程和硬件工程。最后，通常会开发多种解决方案和平台，每个解决方案和平台都会带来更多的成本和资源需求。

 

 

　　这些应用图说明了对电动工具栅极驱动器的级联需求。SoC 可能能够容纳低功耗设备；然而，中高功率设备需要增加设计复杂性，这也可能需要不同的 MCU。所有这些考虑都会增加成本。

　　适用于所有应用程序的单一平台解决方案可缩短开发时间和成本

　　由于依赖使用来自多个供应商的分立组件创建的平台，因此可以减轻研发支出的增加、重大的后勤挑战和上市时间的延长。一种方法是使用带有栅极驱动器的通用 MCU。尽管可以选择具有电压范围和栅极驱动能力的栅极驱动器来满足所有应用，但这可能不切实际。具有高电压范围的栅极驱动器通常会带来更高的成本，因此对于电池电压较低的应用来说，会有一个边际损失。更好的方法是使用两个具有不同电压范围的引脚对引脚插入式替代栅极驱动器。无论电压范围如何，这些栅极驱动器都应具有支持低功率和高功率应用的栅极驱动强度。

　　这些栅极驱动器可以用作平台中的可互换组件，设计人员可以选择满足电压范围要求的栅极驱动器。在 MCU 加栅极驱动器架构中使用引脚对引脚栅极驱动器作为直接替代品将创建一个平台，为产品组合中的所有产品线提供服务。该解决方案最大限度地重复使用现有软件和 IP，并减少研发时间和后勤费用。

　　在实现服务于所有电动工具的理想单芯片解决方案之前，在单平台解决方案中使用分立元件作为彼此的直接替代品可能是在服务于整个电动工具产品线的同时降低研发成本的最佳方式。 由于分立元件的封装和引脚分配因供应商而异，因此寻找可互换元件可能意味着寻找单一供应商解决方案。如今，可互换栅极驱动器可从单一供应商处获得，作为一个产品系列，服务于整个电动工具系列。

　　与基于 MCU 的方法相比，最佳方法是使用 SoC 开发电动工具产品线。这种架构将通过消除外部组件来帮助减小 PCB 尺寸，从而腾出可用于更大电池的空间，或帮助减小工具的尺寸，从而减少总体碳足迹。SoC 解决方案还将提供更高的可靠性、简化物流并降低成本。

　　改变是不可避免的——现在就准备

　　随着业界对无传感器解决方案和物联网的期待，未来的电动工具将提出新的需求。当今 BLDC 电动工具平台中使用的当前解决方案将无法支持未来的许多功能。在未来的某个地方，今天的许多开发平台都需要进行改造以适应新兴能力。这意味着重新开发电动工具平台的不可避免的费用正在逼近。

　　今天，电动工具开发商将从使用单一平台设计他们的产品中受益。分阶段迁移的一种方法可能是从 MCU 加可互换栅极驱动器架构开始，然后随着新解决方案的出现切换到 SoC 架构。通过现在计划对单平台解决方案进行分阶段的重新设计，该解决方案具有支持当前和预期电动工具需求的适应性，未来的研发负担可以大大减轻，并且产品线将在新功能出现时为快速市场渗透做好准备出现。

　　切换到单一平台解决方案是一个重大决定。然而，在存在这种能力的未来，很容易想象每个人都会使用基于 SoC 的方法来满足其电动工具组合的需求。对于临时 MCU 加栅极驱动器方法，开发人员需要找到适合该工作的可互换栅极驱动器。通过考虑您当前和预期的产品线的需求以及单个供应商的离散、可互换组件，您可能能够看到开发单一平台解决方案和级联节省的清晰路径。明天最灵活的电动工具供应商很可能是那些计划并开始迁移到今天的单一平台解决方案的供应商。

　　作者 Andy Wang，Allegro MicroSystems 工业电机产品线总监