芝芯方案丨如何打造一款高效、低功耗和小型化的無(wú)繩吸塵器？

近年來(lái)，家居清潔產(chǎn)品正朝著(zhù) 無(wú)線(xiàn)化、智能化 和 高效能 的方向快速發(fā)展。無(wú)繩吸塵器憑借其便捷性和靈活性，已成為市場(chǎng)主流。然而，為了滿(mǎn)足用戶(hù)對 更長(cháng)續航、更強動(dòng)力 和 更輕便機身 的需求，制造商在設計時(shí)必須考慮 高效率、低功耗 和 電路小型化 等關(guān)鍵因素。這不僅關(guān)乎用戶(hù)體驗，還涉及產(chǎn)品整體性能和競爭力。

在這種背景下， 如何優(yōu)化電源管理、提升電機驅動(dòng)效率，并減少電路板面積 成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。東芝半導體憑借在功率器件、微控制單元（MCU）及電機驅動(dòng)技術(shù)上的深厚積累，提供了一整套高效可靠的解決方案，助力無(wú)繩吸塵器實(shí)現更高效的運行、更低的能耗和更緊湊的設計。

無(wú)繩吸塵器方框圖一覽

東芝高效能半導體方案，全面提升無(wú)繩吸塵器性能

01

高效MOSFET，降低損耗、提高能效

無(wú)繩吸塵器的電機驅動(dòng)部分需要高效的開(kāi)關(guān)器件來(lái)減少能量損耗，提高運行效率。東芝提供的 U-MOS系列N溝道 ／ P溝道MOSFET ，它們具有 低導通電阻（R DS(on) ） 和 高速開(kāi)關(guān) 特性，可以有效降低功率損耗，提高電機驅動(dòng)效率。同時(shí)， 小型封裝設計 有助于減少電路板占用面積，使產(chǎn)品更加輕巧緊湊。

其中，U-MOS系列N溝道MOSFET適用于電機控制、功率開(kāi)關(guān)，代表性產(chǎn)品包括TPH7R006PL ／ TPH4R008QM ／ TPH2R408QM ／ TPN7R006PL ／ TPN8R408QM ／ TK5R1P08QM ／ TK6R9P08QM。

U-MOS系列N溝道MOSFET的代表性產(chǎn)品

U-MOS系列P溝道MOSFET適用于電源管理、低壓開(kāi)關(guān)，代表性產(chǎn)品TPCA8120的導通電阻R DS(on) ）在V GS =-10V時(shí)，典型值為2.4mΩ，最大值為3.0mΩ。

02

肖特基二極管（SBD），增強抗浪涌能力

電機啟動(dòng)或運行過(guò)程中可能會(huì )產(chǎn)生浪涌電流，影響系統穩定性。東芝的肖特基二極管（SBD）具備低正向壓降和快速恢復時(shí)間的特性，可以有效降低功率損耗，并提供良好的抗浪涌能力，保護系統穩定運行。

東芝的高效率SBD CMS系列的反向耐壓（V RRM ）最高可達60V，適用于多種電路需求；平均正向電流（I F(AV) ）最高可達5A，可適用于不同功率等級的應用。用戶(hù)可以根據設備需求選擇合適的型號。它們采用M-FLAT ? 封裝，相比傳統引線(xiàn)封裝高度更低，占用空間更小。

下圖列出了CMS05和CMS15的主要規格：

03

低功耗MCU，集成多功能，優(yōu)化系統控制

無(wú)繩吸塵器需要在精準控制電機的同時(shí)，實(shí)時(shí)監測溫度、電流和電池狀態(tài)，以確保安全運行并提升效率。東芝的微控制單元（MCU）集成 自研矢量引擎（VE）協(xié)處理器 ，專(zhuān)門(mén)針對電機控制優(yōu)化。該協(xié)處理器顯著(zhù)降低CPU負載，支持多電機及外設協(xié)同控制，從而提升整體系統性能和能效。

此外，MCU 內置三相PWM（脈寬調制）波形生成和AD轉換器 ，實(shí)現高效、低噪聲的電機驅動(dòng)。結合先進(jìn)的編碼器（A-ENC），在每次PWM運行時(shí)進(jìn)一步減輕CPU負擔，使系統運行更智能、更高效。

代表性產(chǎn)品包括TXZ+ ? 4A系列M4K組、TX04系列M470組和TX03系列M370組，最高運行頻率達160 MHz，工作電壓范圍為4.5V至5.5V，支持最多2個(gè)電機的同時(shí)控制。東芝還提供簡(jiǎn)單易用的 電機控制軟件開(kāi)發(fā)工具 —— MCU Motor Studio ，支持開(kāi)發(fā)人員快速構建高效控制方案，顯著(zhù)優(yōu)化開(kāi)發(fā)流程。

低功耗MCU產(chǎn)品系列

04

CMOS運算放大器，降低功耗

東芝的CMOS運算放大器（型號TC7555SF／TC7555SFU）在無(wú)繩吸塵器設計中展現了顯著(zhù)優(yōu)勢。CMOS工藝使運算放大器能夠實(shí)現 低電壓 操作，相較于東芝雙極型運算放大器顯著(zhù)降低了功耗需求。CMOS工藝的 低電流 特性有助于延長(cháng)小型物聯(lián)網(wǎng)設備的電池壽命。相較于東芝雙極型運算放大器，TC7555SF的典型靜態(tài)電流僅為10μA，顯著(zhù)減少了功耗，尤其適合對續航要求高的無(wú)繩設備。

該運算放大器集成了 相位補償電路 ，消除了外部組件的需要，從而減少了部件數量和設備整體尺寸。這不僅簡(jiǎn)化了電路設計，還有效降低了生產(chǎn)成本。

05

雙極晶體管，高抗靜電能力

雙極型晶體管（BJT）是許多電子電路中的關(guān)鍵組成部分，廣泛用于信號放大、開(kāi)關(guān)控制、電源管理等應用。在這款無(wú)繩吸塵器方案的LED驅動(dòng)電路設計中，東芝的小型雙極型晶體管產(chǎn)品線(xiàn)憑借 多樣化封裝 選擇（如扁平引線(xiàn)型和無(wú)引線(xiàn)型）、 低飽和電壓 和 高抗靜電能力 ，為高性能設備提供了可靠支持。

東芝小型雙極型晶體管產(chǎn)品線(xiàn)的主要規格

06

光耦合器，助力隔離電路優(yōu)化

無(wú)繩清潔器的電源線(xiàn)路采用反激式AC-DC電路，將交流電轉換為穩定的直流電，為設備提供可靠電力。電路包括EMI濾波器（抑制電磁干擾）、PWM控制器（內置MOSFET）以及光耦合器（Photocoupler）。

光耦合器作為信號隔離的重要組件，能夠有效提高系統安全性，降低電磁干擾（EMI），并優(yōu)化信號傳輸穩定性。東芝 TLP383光耦合器 采用光電晶體管與InGaAs紅外發(fā)光二極管進(jìn)行光耦合，確保高效的信號傳輸。在低輸入電流范圍（I F =0.5mA）下，TLP383比東芝傳統產(chǎn)品具有更高的電流傳輸比（CTR），提升了低功耗信號隔離的能力。工作溫度范圍寬達-55°C至125°C，適用于工業(yè)級應用。高隔離耐壓（5000V rms ），增強系統安全性。

TLP383光耦合器具有更高的電流傳輸比（CTR）

07

eFuse IC，增強電路安全性

在現代電子設備中，過(guò)流、過(guò)壓和短路等異常情況可能導致電路損壞，影響設備的穩定性和安全性。傳統的熔斷保險絲（Fuse）雖然可以提供保護，但一旦觸發(fā)，必須更換，不適用于現代高可靠性、高密度電子產(chǎn)品。

東芝 eFuse IC （電子保險絲），如TCKE8系列和TCKE7系列，通過(guò) 可重復使用、智能保護和符合 IEC 62368-1國際安全認證 ，成為高效電子電路保護的理想解決方案，適用于電源管理、工業(yè)設備、服務(wù)器和消費電子產(chǎn)品。

TCKE8／TCKE7產(chǎn)品規格

通過(guò)這些高性能器件的組合應用，制造商可以打造出更加 高效、節能、小型化 的無(wú)繩吸塵器，為用戶(hù)帶來(lái)更優(yōu)質(zhì)的清潔體驗。如果您想深入了解東芝提供的解決方案和具體產(chǎn)品，歡迎點(diǎn)擊下方鏈接查看更多詳情！