作者：Andy Wang，Allegro MicroSystems 工業電機產品線總監

電動工具的廣泛應用增加了產品開發成本和時間表

房主和專業消費者都在從交流供電（有線）工具遷移到直流電池供電（無繩）工具，制造商也在繼續從直流向無刷直流（BLDC）遷移。隨著這種遷移，對更可靠的工具的需求具有更大的移動性和更長的運行時間，從而催生了大量的行業研發投資。

雖然這些發展令人興奮，但由此產生的無數新設計和研發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動器功能的單一通用平臺來支持產品組合中產品的設計，從而降低成本。

從電動螺絲刀到錘鉆再到鏈鋸，這些工具的商業和工業應用（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成了重大的工程挑戰。例如，當電池電壓為18 V時，電鉆可能消耗400 W，而電鋸在電池電壓高達80 V時可能消耗數千瓦。

由于要求因產品和應用而異，因此每個產品設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品的典型方法是片上系統（SoC），它為尺寸和成本提供了最優化的解決方案。然而，大多數SoC沒有能力驅動更大的MOSFET。設計人員通常使用分立式方法來驅動這些較大的負載，例如帶有微控制器單元（MCU）的柵極驅動器。隨著電池電壓的增加，需要更高額定值的元件。當產品設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，通常會開發多個解決方案和平臺，每個解決方案和平臺都有更多的成本和資源需求。

這些應用圖說明了對電動工具柵極驅動器的級聯要求。SoC可能能夠容納低功耗設備;然而，中功率和高功率器件需要增加設計復雜性，這也可能需要不同的MCU。所有這些考慮因素都會增加成本。

適用于所有應用程序的單一平臺解決方案可減少開發時間和成本

由于依賴使用來自多個供應商的分立組件創建的平臺，可以減輕研發支出的增加，重大的物流挑戰以及延長的上市時間。一種方法是使用帶有柵極驅動器的通用MCU。雖然可以選擇同時具有電壓范圍和柵極驅動能力的柵極驅動器來滿足所有應用的需求，但這可能不切實際。具有高電壓范圍的柵極驅動器通常具有較高的成本，因此對于電池電壓較低的應用，將會受到裕量損失。更好的方法是使用兩個具有不同電壓范圍的引腳到引腳插入式替換柵極驅動器。無論電壓范圍如何，這些柵極驅動器都應具有柵極驅動強度，以支持低功率和高功率應用。

這些柵極驅動器可用作平臺中的可互換元件，設計人員可以選擇滿足電壓范圍要求的柵極驅動器。在MCU加柵極驅動器架構中使用引腳對引腳柵極驅動器作為直接替代品，將創建一個平臺，為產品組合中的所有產品線提供服務。該解決方案最大限度地重用了現有軟件和IP，并減少了研發時間和物流費用。

在實現為所有電動工具提供服務的理想單芯片解決方案之前，使用分立元件作為單平臺解決方案中彼此的直接替代品可能是降低研發成本的最佳方法，同時為整個電動工具產品線提供服務。由于分立元件的封裝和引腳排列因供應商而異，因此找到可互換元件可能意味著找到單一供應商的解決方案。如今，可互換的柵極驅動器可從單個供應商處獲得，作為一個產品系列，服務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開發電動工具產品線。這種架構將通過消除外部元件來幫助減小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，簡化物流并降低成本。

變化是不可避免的 — 立即做好準備

隨著業界對無傳感器解決方案和物聯網的預測，未來的電動工具將提出新的需求。當今 BLDC 電動工具平臺中使用的當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，今天的許多開發平臺將需要改進以適應新興功能。這意味著重新開發電動工具平臺的不可避免的費用正在逼近。

如今，電動工具開發人員將從使用單一平臺設計產品中受益。分階段遷移的一種方法可能是從MCU加可互換的柵極驅動器架構開始，然后在新解決方案出現時切換到SoC架構。通過現在計劃分階段重新設計單平臺解決方案，該解決方案具有支持當前和預期電動工具需求的適應性，可以大大減少未來研發負擔，當新功能出現時，產品線將有望迅速滲透市場。

切換到單平臺解決方案是一個重大決定。然而，在存在該功能的未來，很容易想象每個人都將使用基于SoC的方法，以滿足其電動工具組合的需求。對于臨時MCU加柵極驅動器方法，開發人員需要為這項工作找到合適的可互換柵極驅動器。通過考慮您當前和預期產品線的需求以及單個供應商的離散、可互換組件，您可能能夠看到開發單一平臺解決方案和級聯節省的清晰路徑。未來最敏捷的電動工具提供商可能是那些計劃并開始遷移到單平臺解決方案的人。

審核編輯 黃昊宇