下一代无绳电动工具10个设计提示

电力工具市场正在稳步增长,复合年增长率超过6%。无绳电动工具是最快扩张的部分,占了所有货运的近一半。这种增长正推动先进技术进入这些产品。通过加入锂离子电池,制造商们使无绳电动工具能够提供更高的功率密度、更快的充电和更长的放电周期--这是消费者追求的关键功能。此外,无刷直流电动机的进步有助于减小尺寸,提高可靠性,延长寿命和提高输出性能。

虽然锂离子电池提供了紧凑的动力和延长的寿命,但它们也带来了与电池安全有关的挑战。无刷直流电动机,虽然效率高,但需要仔细注意最佳性能。本文提供了10个基本的建议,帮助设计师提高他们的无绳电源工具设计的效率和健壮性。

无绳电动工具的电池组

典型的无绳工具电池组设计包括电池组和用于电池管理和保护的电路,有助于确保安全运行。概述了电池组及其功能部件的例子,以及每个功能的推荐保护部件。

给出了电池组电路的框图和列出每个电路推荐的保护和传感元件的表格。这些建议的部件包括防止温度和电气危害。

锂离子电池,虽然提供高能量密度的容量,但如果在装配过程中损坏,排放低于电压限制或过度充电,可能会过热。过热的锂离子电池,如果不加以控制,会转变成热失控状态,可能会产生火灾和有毒化学物质。电池组设计的无绳电动工具有多层保护电池组,以帮助防止这种故障模式。前五项建议解决了保持电池安全的挑战。

提示1:密切监控电池温度

电池组温度是保证安全运行的最重要参数.电池组上的多个热敏电阻可以检测到一些高温电池。然而,可以在电池组上安装物理和经济的热敏器的数量是有限的。

另一种解决办法是分布式温度监测装置 。这个新的解决方案是一个带许多嵌入式温度指示器安装30mm分开.磁带可以符合和粘附任何电池组.TCAM的优点是,它可以成本有效地安装在每个电池附近,并发现热点比离散组件早得多。温度指示器是一个系列,并操作在TTL电压水平。如果温度指示器检测到温度高于60℃,那么T带链的电阻就会上升几十年。电阻的变化可以创建一个高逻辑,通过这个逻辑,一个监控电路可以响应.

作为一种选择,设计者可能会添加一个次级组件,如果电池组温度接近不安全水平,那么它可以直接将电池与电动工具电路断开。热切断元件,例如含有聚合物正温度系数器件(PPTC)和双金属开关的平行组合的组件,可以作为二次保护。

展示了热截止元件的示意图。PPTC设备根据电池组温度加热,导致双金属开关打开。开关一直保持开放,直到PPTC元件冷却,提供可补给的过热保护。热切断装置的版本可以选择温度激活等级。

提示2:确保一个坚固的主保护电路

主保护电路与电池组直接接口,保护电池组免受过电压、过电流、过电压、过低温和过高温。瞬态电压抑制器(TT)二极管可以防止损坏该电路中的半导体。电视二极管可以安全地吸收200瓦的瞬态脉冲,并提供静电放电(ESD)保护30kV。它们能够响应不到1n的瞬态.选择一个表面安装组件可以节省PC板的空间。

提示3:保护二级保护电路

在二次保护电路中,主保护电路的备份,一个三端锂离子电池保护器,可提供电池过载和过流保护。该三端组件包括分布式嵌入式保险丝和加热元件。引信元件中断过电流状态。此外,如果电池组是超充电,嵌入式加热元件将过热的保险丝,使其爆炸。

作为一种更简单的选择,使用高电流引信进行过流保护。表面安装的引信节省了空间,简化了合规要求,而UL/SA识别的组件也可用。

提示4:充分保护电池管理电路

电池管理单元和电池平衡电路确保每个电池对负载电流的贡献相等。为了保持电路的可靠性,防止过电流和ESD是必不可少的。通过抗涌流引信或聚合物PpTC可重置引信缓解电流过载,两者均可用于节省空间的表面安装包。

电视二极管是一种有效的ESD保护解决方案,用于保护电池管理电路中的半导体组件。电视二极管可以从直接接触或空气排放中安全地处理高达30千伏的ESD打击,响应时间在亚纳米秒范围内。

提示5:保护身份钉电路

身份钉电路确保电源工具的电池组只连接到适当的充电器,确保安全充电。该电路必须保护不受过电流和ESD的影响。为了保护电路不受电流过载的影响,请考虑使用PpTC重置保险丝。对于ESD保护,建议使用电视二极管。寻找一个具有双二极管的电视二极管阵列提供两极保护。

提示6:使用环保开关

开关电路负责指示电池组是处于放电模式还是处于充电模式。选择一个最低IP67等级的密封开关，以可靠运行。微型开关是保存PCB空间的理想选择。该设计的主要特性考虑包括延长至少100,000次的工作周期，一致的触觉反馈和较短的激活距离。这些特性有助于提高交换机的整体可靠性。

提示1-6的重点是尽量减少电池组中热失控的风险，同时确保关键的监测电路保持抵抗电气和环境危害，并保持持续运行。

设计一个更坚固的无绳电动工具

为了开发一种可靠的无绳动力工具,设计工程师应实施防止电气危害的保护机制,并确保最佳电池寿命,使便携式工具能够在整个工作班次中运行。介绍了专业级无绳电源工具,突出强调了保护它不受电流过载、瞬态过电压和过热影响所需的组件。此外,还有提高电力驱动电路效率的机会.

在无绳电钻内提供电路框图,其中无刷直流电动机驱动钻头。该表列出了建议的保护、传感和每个特定电路的高效控制组件,有助于优化性能和安全性。

提示7:防止过电流和电压暂态

直流输入保护和电池通信电路为无绳钻头提供必要的过电流和过电压保护。电子器件中的短路、内部短路的电动机或锁定的转子可以从电池中吸收过多的电流。建议用保险丝保护电路和电动机免受不受控制短路的潜在损害。考虑以下备选办法:

· 快速引信

· 在150℃以下温度下运行的引信

· 表面安装保险丝包,以节省多氯联苯空间

使用电视二极管来保护过电压不受电火花和电池的瞬态的影响。选择一个最多吸收400瓦峰值功率或60a峰值脉冲电流的电视二极管。组件具有超快1-PS响应时间的过渡和特点的节能特性,如最大反向泄漏电流只有1欧姆A。

提示8:保持电机驱动电路冷却

电力桥保护电路持续监测电动机驱动的健康.用NTC热敏电阻器有效地控制驱动电动机的功率MOSIFT的温度。

为了防止过热,考虑实现安全断开,当温度过高时,降低MOSFET的电流驱动。例如,利特尔福兹提供了一个独特的解决方案 数字温度指示器 它能在达到特定温度阈值时增加60年的阻力。 说明了两个标准温度指示器的电阻-温度-温度特性。这一显著的电阻变化可以触发控制电路与MOSFET断开电源,防止热失控。

提示9:保持发动机冷却

监控电动机温度对确保电动工具的可靠性至关重要.NTC热敏电阻可以跟踪电机的温度,从而防止由于内部的短路或停止的电机过热。表面安装的NTC热敏电阻器可以通过导线连接、环氧树脂或焊料固定在电机上,为温度管理提供了一种有效的手段。

提示10:使用低功率设备以最大限度地延长电池寿命

为了最大限度地延长电池寿命,尽可能优先使用低功耗元件。由于电动机是最大的电力消费者,选择一个高效的电动机将显著影响电池的性能。电力桥接和闸门驱动电路是第二大电力消费电路,因此使用高效的电力MOSIFT是最大限度减少电力损耗的关键。

现代教育和体育部可提供高达600Ar的放射性物质 (续) 价值远低于100毫米。它们的低闸门电荷--在1倍C下--和快速的开关时间,以几十纳秒测量,有助于最小化开关损失和减少在状态下的耗电,从而提高电动机的效率。

稳健可靠的性能改进了10倍

仔细的部件选择是实现对电动工具和电池组的优越保护,同时最大限度地提高整体效率的关键。在选择电路保护和效率组件时寻求帮助的设计师可以利用组件制造商的专业知识来加速开发。支助可包括:

· 成本效益高的组件选择

· 遵守适用的安全标准

· 事先合规测试(一些制造商提供),以降低测试实验室的认证成本

最终,这种方法将产生一个更安全、更可靠和更有效的无绳电源工具。