電力工具市場正在穩(wěn)步增長,復(fù)合年增長率超過6%。無繩電動工具是最快擴(kuò)張的部分,占了所有貨運(yùn)的近一半。這種增長正推動先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入這些產(chǎn)品。通過加入鋰離子電池,制造商們使無繩電動工具能夠提供更高的功率密度、更快的充電和更長的放電周期--這是消費(fèi)者追求的關(guān)鍵功能。此外,無刷直流電動機(jī)的進(jìn)步有助于減小尺寸,提高可靠性,延長壽命和提高輸出性能。

雖然鋰離子電池提供了緊湊的動力和延長的壽命,但它們也帶來了與電池安全有關(guān)的挑戰(zhàn)。無刷直流電動機(jī),雖然效率高,但需要仔細(xì)注意最佳性能。本文提供了10個基本的建議,幫助設(shè)計師提高他們的無繩電源工具設(shè)計的效率和健壯性。

無繩電動工具的電池組

典型的無繩工具電池組設(shè)計包括電池組和用于電池管理和保護(hù)的電路,有助于確保安全運(yùn)行。概述了電池組及其功能部件的例子,以及每個功能的推薦保護(hù)部件。

給出了電池組電路的框圖和列出每個電路推薦的保護(hù)和傳感元件的表格。這些建議的部件包括防止溫度和電氣危害。

鋰離子電池,雖然提供高能量密度的容量,但如果在裝配過程中損壞,排放低于電壓限制或過度充電,可能會過熱。過熱的鋰離子電池,如果不加以控制,會轉(zhuǎn)變成熱失控狀態(tài),可能會產(chǎn)生火災(zāi)和有毒化學(xué)物質(zhì)。電池組設(shè)計的無繩電動工具有多層保護(hù)電池組,以幫助防止這種故障模式。前五項(xiàng)建議解決了保持電池安全的挑戰(zhàn)。

提示1:密切監(jiān)控電池溫度

電池組溫度是保證安全運(yùn)行的最重要參數(shù).電池組上的多個熱敏電阻可以檢測到一些高溫電池。然而,可以在電池組上安裝物理和經(jīng)濟(jì)的熱敏器的數(shù)量是有限的。

另一種解決辦法是分布式溫度監(jiān)測裝置 。這個新的解決方案是一個帶許多嵌入式溫度指示器安裝30mm分開.磁帶可以符合和粘附任何電池組.TCAM的優(yōu)點(diǎn)是,它可以成本有效地安裝在每個電池附近,并發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)比離散組件早得多。溫度指示器是一個系列,并操作在TTL電壓水平。如果溫度指示器檢測到溫度高于60℃,那么T帶鏈的電阻就會上升幾十年。電阻的變化可以創(chuàng)建一個高邏輯,通過這個邏輯,一個監(jiān)控電路可以響應(yīng).

作為一種選擇,設(shè)計者可能會添加一個次級組件,如果電池組溫度接近不安全水平,那么它可以直接將電池與電動工具電路斷開。熱切斷元件,例如含有聚合物正溫度系數(shù)器件(PPTC)和雙金屬開關(guān)的平行組合的組件,可以作為二次保護(hù)。

展示了熱截止元件的示意圖。PPTC設(shè)備根據(jù)電池組溫度加熱,導(dǎo)致雙金屬開關(guān)打開。開關(guān)一直保持開放,直到PPTC元件冷卻,提供可補(bǔ)給的過熱保護(hù)。熱切斷裝置的版本可以選擇溫度激活等級。

提示2:確保一個堅(jiān)固的主保護(hù)電路

主保護(hù)電路與電池組直接接口,保護(hù)電池組免受過電壓、過電流、過電壓、過低溫和過高溫。瞬態(tài)電壓抑制器(TT)二極管可以防止損壞該電路中的半導(dǎo)體。電視二極管可以安全地吸收200瓦的瞬態(tài)脈沖,并提供靜電放電(ESD)保護(hù)30kV。它們能夠響應(yīng)不到1n的瞬態(tài).選擇一個表面安裝組件可以節(jié)省PC板的空間。

提示3:保護(hù)二級保護(hù)電路

在二次保護(hù)電路中,主保護(hù)電路的備份,一個三端鋰離子電池保護(hù)器,可提供電池過載和過流保護(hù)。該三端組件包括分布式嵌入式保險絲和加熱元件。引信元件中斷過電流狀態(tài)。此外,如果電池組是超充電,嵌入式加熱元件將過熱的保險絲,使其爆炸。

作為一種更簡單的選擇,使用高電流引信進(jìn)行過流保護(hù)。表面安裝的引信節(jié)省了空間,簡化了合規(guī)要求,而UL/SA識別的組件也可用。

提示4:充分保護(hù)電池管理電路

電池管理單元和電池平衡電路確保每個電池對負(fù)載電流的貢獻(xiàn)相等。為了保持電路的可靠性,防止過電流和ESD是必不可少的。通過抗涌流引信或聚合物PpTC可重置引信緩解電流過載,兩者均可用于節(jié)省空間的表面安裝包。

電視二極管是一種有效的ESD保護(hù)解決方案,用于保護(hù)電池管理電路中的半導(dǎo)體組件。電視二極管可以從直接接觸或空氣排放中安全地處理高達(dá)30千伏的ESD打擊,響應(yīng)時間在亞納米秒范圍內(nèi)。

提示5:保護(hù)身份釘電路

身份釘電路確保電源工具的電池組只連接到適當(dāng)?shù)某潆娖?確保安全充電。該電路必須保護(hù)不受過電流和ESD的影響。為了保護(hù)電路不受電流過載的影響,請考慮使用PpTC重置保險絲。對于ESD保護(hù),建議使用電視二極管。尋找一個具有雙二極管的電視二極管陣列提供兩極保護(hù)。

提示6:使用環(huán)保開關(guān)

開關(guān)電路負(fù)責(zé)指示電池組是處于放電模式還是處于充電模式。選擇一個最低IP67等級的密封開關(guān)，以可靠運(yùn)行。微型開關(guān)是保存PCB空間的理想選擇。該設(shè)計的主要特性考慮包括延長至少100,000次的工作周期，一致的觸覺反饋和較短的激活距離。這些特性有助于提高交換機(jī)的整體可靠性。

提示1-6的重點(diǎn)是盡量減少電池組中熱失控的風(fēng)險，同時確保關(guān)鍵的監(jiān)測電路保持抵抗電氣和環(huán)境危害，并保持持續(xù)運(yùn)行。

設(shè)計一個更堅(jiān)固的無繩電動工具

為了開發(fā)一種可靠的無繩動力工具,設(shè)計工程師應(yīng)實(shí)施防止電氣危害的保護(hù)機(jī)制,并確保最佳電池壽命,使便攜式工具能夠在整個工作班次中運(yùn)行。介紹了專業(yè)級無繩電源工具,突出強(qiáng)調(diào)了保護(hù)它不受電流過載、瞬態(tài)過電壓和過熱影響所需的組件。此外,還有提高電力驅(qū)動電路效率的機(jī)會.

在無繩電鉆內(nèi)提供電路框圖,其中無刷直流電動機(jī)驅(qū)動鉆頭。該表列出了建議的保護(hù)、傳感和每個特定電路的高效控制組件,有助于優(yōu)化性能和安全性。

提示7:防止過電流和電壓暫態(tài)

直流輸入保護(hù)和電池通信電路為無繩鉆頭提供必要的過電流和過電壓保護(hù)。電子器件中的短路、內(nèi)部短路的電動機(jī)或鎖定的轉(zhuǎn)子可以從電池中吸收過多的電流。建議用保險絲保護(hù)電路和電動機(jī)免受不受控制短路的潛在損害?？紤]以下備選辦法:

· 快速引信

· 在150℃以下溫度下運(yùn)行的引信

· 表面安裝保險絲包,以節(jié)省多氯聯(lián)苯空間

使用電視二極管來保護(hù)過電壓不受電火花和電池的瞬態(tài)的影響。選擇一個最多吸收400瓦峰值功率或60a峰值脈沖電流的電視二極管。組件具有超快1-PS響應(yīng)時間的過渡和特點(diǎn)的節(jié)能特性,如最大反向泄漏電流只有1歐姆A。

提示8:保持電機(jī)驅(qū)動電路冷卻

電力橋保護(hù)電路持續(xù)監(jiān)測電動機(jī)驅(qū)動的健康.用NTC熱敏電阻器有效地控制驅(qū)動電動機(jī)的功率MOSIFT的溫度。

為了防止過熱,考慮實(shí)現(xiàn)安全斷開,當(dāng)溫度過高時,降低MOSFET的電流驅(qū)動。例如,利特爾福茲提供了一個獨(dú)特的解決方案?數(shù)字溫度指示器 它能在達(dá)到特定溫度閾值時增加60年的阻力。 說明了兩個標(biāo)準(zhǔn)溫度指示器的電阻-溫度-溫度特性。這一顯著的電阻變化可以觸發(fā)控制電路與MOSFET斷開電源,防止熱失控。

提示9:保持發(fā)動機(jī)冷卻

監(jiān)控電動機(jī)溫度對確保電動工具的可靠性至關(guān)重要.NTC熱敏電阻可以跟蹤電機(jī)的溫度,從而防止由于內(nèi)部的短路或停止的電機(jī)過熱。表面安裝的NTC熱敏電阻器可以通過導(dǎo)線連接、環(huán)氧樹脂或焊料固定在電機(jī)上,為溫度管理提供了一種有效的手段。

提示10:使用低功率設(shè)備以最大限度地延長電池壽命

為了最大限度地延長電池壽命,盡可能優(yōu)先使用低功耗元件。由于電動機(jī)是最大的電力消費(fèi)者,選擇一個高效的電動機(jī)將顯著影響電池的性能。電力橋接和閘門驅(qū)動電路是第二大電力消費(fèi)電路,因此使用高效的電力MOSIFT是最大限度減少電力損耗的關(guān)鍵。

現(xiàn)代教育和體育部可提供高達(dá)600Ar的放射性物質(zhì) (續(xù)) 價值遠(yuǎn)低于100毫米。它們的低閘門電荷--在1倍C下--和快速的開關(guān)時間,以幾十納秒測量,有助于最小化開關(guān)損失和減少在狀態(tài)下的耗電,從而提高電動機(jī)的效率。

穩(wěn)健可靠的性能改進(jìn)了10倍

仔細(xì)的部件選擇是實(shí)現(xiàn)對電動工具和電池組的優(yōu)越保護(hù),同時最大限度地提高整體效率的關(guān)鍵。在選擇電路保護(hù)和效率組件時尋求幫助的設(shè)計師可以利用組件制造商的專業(yè)知識來加速開發(fā)。支助可包括:

· 成本效益高的組件選擇

· 遵守適用的安全標(biāo)準(zhǔn)

· 事先合規(guī)測試(一些制造商提供),以降低測試實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證成本

最終,這種方法將產(chǎn)生一個更安全、更可靠和更有效的無繩電源工具。