無(wú)繩電動(dòng)工具日益普及，卻面臨續(xù)航短、動(dòng)力弱的核心挑戰(zhàn)。關(guān)鍵時(shí)刻的“罷工”或高負(fù)荷下的“疲軟”，背后是電池管理、電機(jī)控制與功耗設(shè)計(jì)的復(fù)雜博弈。

東芝憑借其深厚的半導(dǎo)體技術(shù)底蘊(yùn)，推出了針對(duì)無(wú)繩電動(dòng)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(wú)繩電動(dòng)工具注入強(qiáng)勁“芯”動(dòng)力。

如何釋放“能量牢籠”中“猛獸級(jí)性能”？

無(wú)繩電動(dòng)工具的核心挑戰(zhàn)，是在有限的電池容量下實(shí)現(xiàn)性能最大化。電能必須在驅(qū)動(dòng)、控制、傳感與保護(hù)電路間高效分配。這帶來(lái)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(zhǎng)續(xù)航；

二是動(dòng)力與尺寸，需在緊湊空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高功率密度輸出與精準(zhǔn)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(yùn)行，并全面保護(hù)電池與電路。

圍繞這三個(gè)核心，東芝提供了一整套半導(dǎo)體解決方案。

無(wú)繩電動(dòng)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(jī)是無(wú)繩電動(dòng)工具的“心臟”。東芝為不同類(lèi)型的電機(jī)提供了優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)方案。

為簡(jiǎn)化直流無(wú)刷電機(jī)（BLDC）驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，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(dòng)器可直接驅(qū)動(dòng)外部MOSFET，顯著精簡(jiǎn)外圍電路。其寬電壓支持（8V-75V）與強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)能力，能輕松應(yīng)對(duì)啟動(dòng)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(guò)大電流時(shí)自身?yè)p耗更小、發(fā)熱更低，能將更多電能用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，提升整體效率與功率密度。

Q

那么，對(duì)于成本敏感或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的有刷電機(jī)，如何實(shí)現(xiàn)可靠控制呢？

東芝的答案是：對(duì)于直流有刷電機(jī)／機(jī)械開(kāi)關(guān)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，使用柵極驅(qū)動(dòng)雙極晶體管（如-50V高壓和-200mA電流能力的TMBT3906）。

A

而對(duì)于直流有刷電機(jī)／MOSFET開(kāi)關(guān)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則采用帶旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)功能的有刷電機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)電路，使用MOSFET使用上述TPWR6003PL等來(lái)實(shí)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(zhǔn)、快速且抗干擾。為此，主控MCU需要兼具強(qiáng)大算力與豐富外設(shè)，且專(zhuān)為電機(jī)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(dá)200MHz，并內(nèi)置硬件浮點(diǎn)運(yùn)算單元（FPU）。這使其能夠快速執(zhí)行復(fù)雜的電機(jī)控制算法（如FOC），實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)、高效運(yùn)行和快速響應(yīng)。

工具運(yùn)行時(shí)電機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈電磁干擾，東芝TC75S67TU是一款超低噪聲、低功耗的單運(yùn)算放大器，能夠從嘈雜的背景中準(zhǔn)確提取并放大來(lái)自電流檢測(cè)電阻、位置傳感器等的微弱信號(hào)，為MCU提供“清澈”的反饋數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(zhuān)為嚴(yán)苛環(huán)境設(shè)計(jì)，具有高壓輸入能力、低靜態(tài)電流和快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)導(dǎo)致電壓波動(dòng)時(shí)，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(shí)其過(guò)流和熱保護(hù)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(wú)繩電動(dòng)工具的“能量倉(cāng)庫(kù)”，其充電與管理至關(guān)重要。

為了使AC-DC充電電路實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換，在充電器的初級(jí)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(dòng)特性，有助于構(gòu)建高效、發(fā)熱低的開(kāi)關(guān)電源，縮短充電時(shí)間。

信號(hào)傳輸需要進(jìn)行安全隔離。東芝光耦TLP383提供高達(dá)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(jí)側(cè)的控制信號(hào)傳遞到次級(jí)側(cè)，同時(shí)確保人身安全，滿(mǎn)足安規(guī)要求。

傳統(tǒng)的熔斷保險(xiǎn)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(hù)開(kāi)關(guān)。它可以精確設(shè)定過(guò)流保護(hù)閾值，提供過(guò)壓鉗位、短路保護(hù)、防反接、緩啟動(dòng)（壓擺率控制）等全面功能。當(dāng)故障排除后，系統(tǒng)可自動(dòng)或手動(dòng)恢復(fù)，極大提升了系統(tǒng)的可維護(hù)性和用戶(hù)體驗(yàn)。

一站式高可靠解決方案

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

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東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社是先進(jìn)的半導(dǎo)體和存儲(chǔ)解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商，公司累積了半個(gè)多世紀(jì)的經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新，為客戶(hù)和合作伙伴提供分立半導(dǎo)體、系統(tǒng)LSI和HDD領(lǐng)域的杰出解決方案。

東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社十分注重與客戶(hù)的密切協(xié)作，旨在促進(jìn)價(jià)值共創(chuàng)，共同開(kāi)拓新市場(chǎng)，期待為世界各地的人們建設(shè)更美好的未來(lái)并做出貢獻(xiàn)。