無繩電動工具日益普及，卻面臨續(xù)航短、動力弱的核心挑戰(zhàn)。關(guān)鍵時刻的“罷工”或高負荷下的“疲軟”，背后是電池管理、電機控制與功耗設(shè)計的復(fù)雜博弈。

東芝憑借其深厚的半導(dǎo)體技術(shù)底蘊，推出了針對無繩電動工具的方案，旨在從芯片層面系統(tǒng)性解決這些難題，為新一代無繩電動工具注入強勁“芯”動力。

如何釋放“能量牢籠”中“猛獸級性能”？

無繩電動工具的核心挑戰(zhàn)，是在有限的電池容量下實現(xiàn)性能最大化。電能必須在驅(qū)動、控制、傳感與保護電路間高效分配。這帶來三大關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

一是功耗與效率，需最大化每一瓦電能的利用以延長續(xù)航；

二是動力與尺寸，需在緊湊空間內(nèi)實現(xiàn)高功率密度輸出與精準控制；

三是可靠與安全，必須確保系統(tǒng)在沖擊、堵轉(zhuǎn)、高溫等復(fù)雜工況下穩(wěn)定運行，并全面保護電池與電路。

圍繞這三個核心，東芝提供了一整套半導(dǎo)體解決方案。

無繩電動工具解決方案系統(tǒng)框圖

如何將每一分電力都轉(zhuǎn)化為澎湃扭矩？

電機是無繩電動工具的“心臟”。東芝為不同類型的電機提供了優(yōu)化的驅(qū)動方案。

為簡化直流無刷電機（BLDC）驅(qū)動設(shè)計，方案使用東芝TB67Z833SFTG預(yù)驅(qū)IC，單片集成3相半橋柵極驅(qū)動器可直接驅(qū)動外部MOSFET，顯著精簡外圍電路。其寬電壓支持（8V-75V）與強大驅(qū)動能力，能輕松應(yīng)對啟動大電流沖擊。

高性能功率MOSFET（如TPWR6003PL）擁有極低導(dǎo)通電阻和優(yōu)異散熱特性，通過大電流時自身損耗更小、發(fā)熱更低，能將更多電能用于驅(qū)動電機，提升整體效率與功率密度。

Q

那么，對于成本敏感或結(jié)構(gòu)簡單的有刷電機，如何實現(xiàn)可靠控制呢？

東芝的答案是：對于直流有刷電機／機械開關(guān)電機驅(qū)動，使用柵極驅(qū)動雙極晶體管（如-50V高壓和-200mA電流能力的TMBT3906）。

A

而對于直流有刷電機／MOSFET開關(guān)電機驅(qū)動，則采用帶旋轉(zhuǎn)開關(guān)功能的有刷電機H橋驅(qū)動電路，使用MOSFET使用上述TPWR6003PL等來實現(xiàn)。

如何讓工具更“聰明”又穩(wěn)定？

工具的控制單元（MCU）及其周邊電路如同“神經(jīng)系統(tǒng)”，需要精準、快速且抗干擾。為此，主控MCU需要兼具強大算力與豐富外設(shè)，且專為電機控制優(yōu)化。

東芝TXZ+族，特別是TXZ+4A系列MCU，基于Arm Cortex-M4內(nèi)核，主頻高達200MHz，并內(nèi)置硬件浮點運算單元（FPU）。這使其能夠快速執(zhí)行復(fù)雜的電機控制算法（如FOC），實現(xiàn)平滑啟動、高效運行和快速響應(yīng)。

工具運行時電機產(chǎn)生強烈電磁干擾，東芝TC75S67TU是一款超低噪聲、低功耗的單運算放大器，能夠從嘈雜的背景中準確提取并放大來自電流檢測電阻、位置傳感器等的微弱信號，為MCU提供“清澈”的反饋數(shù)據(jù)，實現(xiàn)精準控制。

為MCU供電的電源需要高抗干擾、快速響應(yīng)。東芝TCR1HF系列LDO專為嚴苛環(huán)境設(shè)計，具有高壓輸入能力、低靜態(tài)電流和快速負載瞬態(tài)響應(yīng)。當電機啟動導(dǎo)致電壓波動時，它能迅速穩(wěn)住MCU供電電壓，防止系統(tǒng)復(fù)位或誤操作，同時其過流和熱保護功能也為MCU提供了額外安全保障。

如何保障能量源泉的安全與高效？

電池是無繩電動工具的“能量倉庫”，其充電與管理至關(guān)重要。

為了使AC-DC充電電路實現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換，在充電器的初級側(cè)，東芝DTMOSⅣ系列MOSFET（如TK12A60W）憑借其低導(dǎo)通電阻和易于驅(qū)動特性，有助于構(gòu)建高效、發(fā)熱低的開關(guān)電源，縮短充電時間。

信號傳輸需要進行安全隔離。東芝光耦TLP383提供高達5000Vrms的電氣隔離，并能在寬溫范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。它能安全地將充電器初級側(cè)的控制信號傳遞到次級側(cè)，同時確保人身安全，滿足安規(guī)要求。

傳統(tǒng)的熔斷保險絲是一次性的，而方案中使用的東芝TCKE8xx系列eFuse IC是一款可復(fù)用的智能保護開關(guān)。它可以精確設(shè)定過流保護閾值，提供過壓鉗位、短路保護、防反接、緩啟動（壓擺率控制）等全面功能。當故障排除后，系統(tǒng)可自動或手動恢復(fù)，極大提升了系統(tǒng)的可維護性和用戶體驗。

一站式高可靠解決方案

東芝為無繩電動工具提供的一站式半導(dǎo)體解決方案，集高效電機驅(qū)動、精準控制核心與智能電源管理于一體。通過融合低功耗設(shè)計、高性能器件及系統(tǒng)級思維，助力制造商突破續(xù)航與動力瓶頸，打造更持久、強韌且安全的下一代產(chǎn)品。

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