高性价比电动工具主控IC及方案

【导读】电动工具是以电动机或电磁铁为动力，通过传动机构驱动工作头的一种机械化工具。其具有携带方便、操作简单、功能多样等优点，可以大大减轻劳动强度，提高工作效率，实现手工操作机械化，因而被广泛应用于建筑、住房装潢、汽车、机械、电力、桥梁、园艺等领域。电动工具主要由电子电路部分和机械部分组成。电子电气部分包括电控、电机和电源等，得益于电机技术、电子控制技术、人工智能技术等技术的快速发展，推动传统电动工具向智能化工具发展，智能化电动工具逐步走向家庭。针对电动工具的应用场景，快包分析师推荐基于小华HC32M140/HC32F030的电动工具主控方案以及适用于高性价比电机应用的龙芯 1C103，以供参考。

控制模块

控制模块是电动工具的智能控制中心，用于监测和控制工具的运行状态。它通常包括微控制器或电子控制单元（ECU）、传感器和控制算法等。微控制器或ECU负责处理输入信号，并根据预设的控制策略来控制工具的运行。传感器用于检测工具的运行参数，如转速、负载和温度等。控制算法负责根据传感器反馈的数据进行实时调整和控制，以实现工具的安全和高效运行。

电动机

电动机是电动工具的核心部分。它将电能转化为机械能，在电动工具中扮演着推动工具运行的角色。电动工具用电动机主要有单相串励电动机，三相、单相工频和三相中频(150～400HZ)异步笼型电动机和永磁直流电动机等。单相串励电动机的转高，体积小，起动转矩大，而且能交直流两用，是电动工具中使用最多的一类电动机。

三相工频笼型异步电动机结构简单、制造维修方便、转速稳定、运行可靠、经久耐用，多用于大功率电动工具和可移式电动工具。三相中频笼型异步电动机既有三相工频笼型异步电动机的优点，又有单相串励电动机的转速高、体积小的优点，但需配备中频电源，使它的发展和应用受到一定的限制。

永磁式直流电动机一般多用于家用电动工具，并制成无电源线型式，直接用镍镉电池或者锂电池供电，具有效率高、起动电流小、结构简单等优点，但功率较小。近年来，随着锂电池的发展，功率有了明显的提高。

电源管理模块

电源管理模块主要负责管理电源供应和电池充放电过程。它通常包括电源开关、电压调节器和充电电路等。电源开关用于控制电源的连接和断开，以便开启或关闭电动工具。电压调节器用于将电池提供的电压稳定在适合工具运行的范围内。充电电路用于充电电池，并提供过充和过放保护，以确保电池的安全使用。

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方案一：基于小华HC32M140/HC32F030的电动工具主控方案

该方案以小华HC32M140/HC32F030为主控芯片，基于无传感器六步换相控制算法，实现BLDC电机大扭矩启动和高速运行，保护功能齐全，适用于电钻、角磨机、冲击钻、电动扳手、电锤等低压中小功率电动工具应用场景。

系统框图

HC32M140 系列MCU简介

HC32M140 系列产品为小华半导体研制的 32bit 基于 ARM-Cortex M0+ 的 MCU，与传统的 CPU 内核相比，效率更高，功耗更低。更宽的工作电压范围，可同时支持 3V、5V 系统。集成 TIMER4、异步串口、SPI、I²C、12 位高速 ADC、运算放大器、电压比较器等丰富的外设资源。本产品是小华半导体在 M0+ 平台上的第一颗 5V 电压产品。 

典型应用

  ● 电机控制：无人机电机调速器、电动自行车、变频风扇、油烟机、空气净化器、电动工具； 

  ● 压缩机控制：冰箱压缩机控制。

HC32F030 系列MCU简介

HC32F030 系列是一款宽电压工作范围的通用 MCU。集成 12 位 1Msps 高精度 SARADC 以及 集成了比较器、运放、内置高性能 PWM 定时器、多路 UART、SPI、I2C 等丰富的通讯外设， 内建 AES、TRNG 等信息安全模块，具有高整合度、高抗干扰、高可靠性的特点。本产品内核 采用 Cortex-M0+ 内核，配合成熟的 Keil & IAR 调试开发软件，支持 C 语言及汇编语言，汇编指令。 

典型应用

  ● 智能交通，智慧城市，智能家居

  ● 电子烟，航模，无线充等消费类行业

  ● 电动工具等电机控制行业

方案特点

  ● 基础功能：反电动势过零检测算法（支持ADC和比较器）、电流/电压采样

  ● 复杂工况：静止堵转启动、低速大扭矩运行、顺逆风启动、刹车功能

  ● 系统保护：过流保护、过压/欠压保护、长时间堵转保护

  ● 支持多种转速设定信号（PWM、ADC等）

方案二：适用于高性价比电机应用的龙芯 1C103

龙芯 1C103 是针对电机驱动应用而设计的微控制器芯片。该芯片集成片上Flash、ATIM、GTIM、ADC、SPI、I2C、UART、RTC等功能模块，可输出带有死区的互补PWM信号，具备驱动舵机、有刷电机、无刷电机的原生支持，同时具备常见的通讯模块。龙芯1C103采用QFN32封装形式，芯片尺寸4.0mm*4.0mm。芯片尺寸小，各引脚可根据需求进行复用，应用场景灵活，可以满足高性价比的常见电机应用。

龙芯1C103结构图

典型应用

产品主要应用于筋膜枪、修枝机、电锯、电扳手、跳绳机、风扇、汽车电子等。

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