图2。一个80V 栅极驱动器的应用示例图必要的电动工具设计可能更容易实现，当电源分布在板周围紧凑的高压半桥。一个100V 的半桥在一个超小的3毫米 × 3毫米 DFN 封装可以帮助实现这一目标。
宽的供电电压范围可用于小型12伏钻机电动机或功率更大的80伏线切割机，其中ーー为了节省低功耗工具的成本ーー可根据所需的功率水平交换各种 MOSFET。
大功率和小功率闸门驱动器的计算高端电动工具通常支持延长操作时间或操作频繁，快速，高功率爆发。他们也可能有超过1200英磅或130牛米的最大扭矩额定值，通常计算在2000转每分钟。
另一方面，电池供电的割草机需要较少的扭矩，但仍然需要长期高速运行。这意味着一个普通平台的闸门驱动器需要能够同时驱动12V，30kW 的峰值功率电钻和80V，4.5 kW 的割草机。
当两个工具的共同额定扭矩转换为动力时，驱动器需要适应的跨度显示如下:
[功率[ kw ] = frac {扭矩[ N cdot m ]乘以速度[ rpm ]}{9550}]
以一个大功率钻孔机的尖峰为例:
[功率 = frac {130N cdot m 乘以2100 rpm }{9550} = 27.6 kW ]
另一方面，一个低功率，长时间的割草机计算产生以下结果:
[功率 = frac {12N cdot m 乘以3500 rpm }{9550} = 4.4 kW ]
设计者需要以上的功率水平来决定在任何给定的系统中使用什么驱动器和 MOSFET。在使用各种电动工具的过程中，适当地考虑各种各样的结果是设计过程中的关键步骤。
大多数驱动器提供的栅极驱动电压范围为7伏至13伏。总栅电荷是用来测量开启 MOSFET 需要多少电流的，在最常用的 MOSFET 的标称10V 时，总栅电荷变化很大。一个低剖面的40V 额定 DFN MOSFET 可能具有65nC 的总栅电荷，而一个100V 额定 MOSFET 可能只有35nC 的总栅电荷。
为了确保支持工具阵列的全功率谱，设计者必须适应驱动器可以提供给 MOSFET 栅的平均 VREG 电流，以保持 MOSFET 处于开启状态。
此外，设计人员必须考虑最大的源电流和汇电流，以确保 MOSFET 快速通过 Miller 区域; 然而，脉冲宽度调制(PWM)驱动频率和 MOSFET 尺寸的限制因素将是驱动器可以提供栅极驱动器的平均 VREG 电流。
确定在给定 PWM 频率下保持 MOSFET 处于开启状态所需的平均 VREG 驱动(Iavg)电流的公式如下:
[ I _ { avg }[ mA ] = 空间 MOSFET 的空间数乘以空间驱动次数 f _ { PWM }[ kHz ]乘以 Q _ { G (tot)}[ nC ]乘以1000]
For example:
例如:
[ I _ {100V 空间 FET，avg } = 6 × 20kHz × 35nC × 1000 = 4.2 mA ]
[ I _ {40V 空间 FET，avg } = 6 × 20kHz × 65nC × 1000 = 8mA ]
[ I _ {80V 空间 FET，avg } = 6 × 20kHz × 140nC × 1000 = 17mA ]
驱动 MOSFET 的数量随驱动方案的变化而变化:
在这些例子中，PWM 频率被设置为20kHz 以上的可听范围。
下图显示了栅极驱动器提供的电流与驱动频率之间的关系。
图3。通用驱动器 IREG 功能图和在不同 PWM 频率下维持六个35nC MOSFET 开路状态所需电流的计算利用上面的平均电流公式，我们可以看到选定的 MOSFET 数目和选定的 MOSFET 栅电荷值可以支持什么频率。IREG 线上的点显示在不同频率下驱动6个 MOSFET 的正弦模式所需的电流。水平线显示所选栅极驱动器所能提供的最大电流的参考线。
存在更多的 MOSFET 选项，并且总栅电荷的值是无限的。关键的一点是，在任何系统中，设计人员必须在选择驱动器之前解决影响平均 VREG 驱动器电流的
元件之间的相互作用。使用一个总栅电荷为65nC，电压为10V 的 MOSFET 和一个平均电流为15mA，驱动频率为20kHz 的驱动器将为一个强大的栅极驱动器提供足够的空间。
对于低功耗工具使用相同的设计，MOSFET 可以与具有较高总栅电荷的较低 ID 额定值的器件交换，如图4所示的高级示例。
图4。一个高水平的例子，显示了有能力的电机驱动程序可以允许灵活的 PCB 设计
电动工具系统设计中的下一个考虑因素是驱动器的鲁棒性。它将如何执行在恶劣的环境与大过渡产生的高扭矩电机？
当驱动器切换控制额定峰值功率为30kW 的电机的 MOSFET 时，必然会出现大的正负瞬态脉冲。系统设计人员既可以在 MOSFET 桥式电源上安装大量的电容器，也可以选择内置暂态保护的驱动器，从而节省 PCB 空间和 BOM 成本。
AllegroMicroSystem 的门驱动程序组合系统，跨越12伏至80伏范围，往往需要一个驱动程序与较高的供应额定值，支持大功率18伏钻机和80伏割草机。虽然选择合适的集成三相无刷直流电机驱动器是有限的，一套能力100伏半桥可以满足需要。
电动工具设计需要考虑的一个例子是 Allegro A89500，它是一个100 V 额定半桥，可以驱动系统高达30千瓦。峰值汇和源电流足够高，可以快速切换 MOSFET 到开启状态，并且可以很容易地与外部电阻设置为高度灵活和强大的电磁兼容(EMC)设计。然后，单独的栅极驱动电源支持在高电流100% 占空比情况下保持 MOSFET 处于开启状态所需的所有电流。
Allegro 的电动工具闸板驱动器组合ーー如50伏额定电压的 A4919和100伏额定电压的 A89500ーー提供直接嵌入电路的负暂态保护。在下面的图5中可以看到一个图表。
Allegro 和其他供应商门驱动器的相连接暂态鲁棒性和最大电源电压额定值A89500的高侧栅极驱动器输出能够承受在 ~ 18V 至100V 的短时瞬态相连接上的电压。
虽然这个市场上的一些其他选择在相连接时可以稳定到 ~ 8V，但是许多厂商只能支持地下 ~ 2V。这些不太强大的解决方案将需要为更苛刻的大功率工具或重要的保护电路设计独立的 PCB，否则在电动工具市场的低功率端不需要这些设计。
无论系统是什么，目前都有可用的设备，可以为电动工具设计提供一个通用平台。A4919是一种小型直接驱动栅极驱动器，具有强大的栅极驱动电路，能够支持大多数低于40V 的系统。
该 A4915是一个类似的大小设备的分40伏工具和功能一体化霍尔效应传感器供应和反馈以及电机驱动控制逻辑。A4915的内置控制逻辑节省空间，一个简单的接口，卸载电机控制算法。
对于范围从12 V 到80 V 的工具组合来说，小而有能力的 A89500半桥是最好的选择，它可以轻松地驱动具有高总栅电荷的大功率 MOSFET 或小的多组低功率 MOSFET。所有这些设备的目的都是为了让系统设计人员能够将电动工具阵容压缩成一个单一的 PCB，从而节省测试时间，减轻软件资源负担，
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