Qorvo PAC系列高集成度電機(jī)控制芯片及應(yīng)用

眾所周知，Qorvo是一家專注于創(chuàng)新射頻解決方案的提供商，公司針對(duì)移動(dòng)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)防和航天等市場(chǎng)提供一整套的射頻解決方案，全球擁有8000名員工，在北京和山東德州建設(shè)有工廠。

作為一家以技術(shù)創(chuàng)新為導(dǎo)向的公司，Qorvo的產(chǎn)品線分為基礎(chǔ)設(shè)施與國(guó)防產(chǎn)品、移動(dòng)產(chǎn)品兩個(gè)部門。主要的增長(zhǎng)點(diǎn)放在GaN、IoT和5G等市場(chǎng)。根據(jù)市場(chǎng)的發(fā)展方向，Qorvo還會(huì)通過(guò)收購(gòu)去擴(kuò)充其增長(zhǎng)點(diǎn)，如最近收購(gòu)的、專注于UWB芯片的Decawave，就是典型的范例。通過(guò)這種多元化的發(fā)展，Qorvo在過(guò)去多年里保持公司的穩(wěn)定增長(zhǎng)。

在2019年5月，Qorvo收購(gòu)了Active-Semi，組建了可編程管理部門，專注于電源管理與電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的開發(fā)與設(shè)計(jì)。日前，Qorvo技術(shù)銷售經(jīng)理胡洋洋參加了一場(chǎng)無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)研討會(huì)，給大家分享了Qorvo PAC系列高集成度電機(jī)控制芯片及應(yīng)用。

胡洋洋指出，Qorvo PAC芯片是用于三相電機(jī)控制的高集成度的產(chǎn)品，它能在降低PCB的尺寸和成本的同時(shí)，還能提升系統(tǒng)的可靠性，還能縮短系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間，被廣泛引用于三相電機(jī)控制等領(lǐng)域。

胡洋洋進(jìn)一步以下圖為例，說(shuō)明了Qorvo PAC的高集成度。他指出，下圖是傳統(tǒng)的三相直流無(wú)刷電機(jī)的電路框圖，通常會(huì)有AC-DC，DC-DC、MCU、三個(gè)gate-driver、運(yùn)放和功率器件等元器件組成。但Qorvo PAC的器件是將下圖虛線框中的器件，都封到了一個(gè)芯片里去。相對(duì)于傳統(tǒng)的分立器件或者IPM方案，這樣的方案可以節(jié)省更多的器件，整體的BOM成本也會(huì)更低，還能滿足驅(qū)動(dòng)器的小尺寸和高可靠性要求。

“我們的PAC產(chǎn)品適用于以電池供電和市電供電的應(yīng)用場(chǎng)合，功率以中小功率為主，當(dāng)中包冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)風(fēng)機(jī)、電吹風(fēng)，以及鋰電供電設(shè)備等應(yīng)用”，胡洋洋指出。具體如下圖所示。

下面介紹一下PAC架構(gòu)和差異化的特點(diǎn)。

從胡洋洋的介紹我們得知，這是一個(gè)以Cortex-M0（50Mhz）/Cortex-M4F（150Mhz）內(nèi)核的MCU為中心，外圍集成了電源管理模塊、柵極驅(qū)動(dòng)模塊，還有專有的可配置模擬前端組成，有10bit 1MSPS或者12bit 2.5MSPS的選擇，可編程電源部分則采用了一個(gè)高性能的“All in one”的電源管理器，集成支持高達(dá)600V的開關(guān)電源控制器，可以配置為Flyback、高壓Buck或SEPIC拓?fù)洌啥嗦?a target="_blank">線性穩(wěn)壓器用于芯片內(nèi)部供電。在接口方面，則支持UART、SPI、I2C和CAN等。

值得一提的是，PAC集成的馬達(dá)控制專用柵極驅(qū)動(dòng)器是和PWM是聯(lián)動(dòng)的，那就意味著系統(tǒng)在使用過(guò)程中如果碰到過(guò)流故障，兩者的聯(lián)動(dòng)可以幫忙切斷輸出，對(duì)功率部分做出快速的保護(hù)動(dòng)作。他進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，這種集成的方案和滿足驅(qū)動(dòng)器小尺寸、低成本以及高性能的要求，還能降低產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中和使用過(guò)程中的返修率。

更多詳細(xì)信息參考下圖所示。

來(lái)到PAC產(chǎn)品系列介紹方面，胡洋洋指出，如下圖所示，PAC系列能提供對(duì)48V、70V、160V和600V電壓支持的產(chǎn)品。正如前文所說(shuō)，系統(tǒng)還提供了Arm Cortex M0和Cortex M4F 兩種內(nèi)核的方案選擇。其中600V的產(chǎn)品是針對(duì)如冰箱壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)、洗衣機(jī)或者風(fēng)機(jī)、空氣凈化器等220V交流供電的應(yīng)用專門來(lái)設(shè)計(jì)的；160V的產(chǎn)品非常適用于園林工具；70V的產(chǎn)品適用于園林工具，電動(dòng)工具和一些手持的吸塵器等應(yīng)用；40V產(chǎn)品則適用于24V以內(nèi)供電的應(yīng)用，如手持式電鉆等。

“我們是業(yè)內(nèi)高集成度電機(jī)控制產(chǎn)品線最全的公司，我們未來(lái)也會(huì)根據(jù)客戶的不同需求持續(xù)推出新的產(chǎn)品”，胡洋洋說(shuō)。

“對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)類開發(fā)來(lái)說(shuō)，上游的供應(yīng)商需要盡量多提供一些便于工程師開發(fā)的資源，這樣有助于加速他們產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這也是Qorvo專注于解決的”，胡洋洋說(shuō)。他指出，Qorvo在PAC系列產(chǎn)品方面，除了硬件資料外（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)），還會(huì)提供馬達(dá)控制的算法（提供上位機(jī)的GUI以供調(diào)試使用）。來(lái)到MCU SDK方面，在提供Arm標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)以外，Qorvo還根據(jù)其芯片的資源特點(diǎn)，額外提供了一些固件庫(kù)和參考設(shè)計(jì)例程。甚至在面對(duì)一些有認(rèn)證需求的客戶，Qorvo也能提供相關(guān)軟件包。當(dāng)然，IDE和編譯器的支持是必有的，Qorvo還引入了第三方的支持（包括先進(jìn)的算法和Turnkey的解決方案等），進(jìn)一步簡(jiǎn)化開發(fā)者的設(shè)計(jì)。

“對(duì)于一些類似風(fēng)機(jī)和水泵這些負(fù)載比較穩(wěn)定的應(yīng)用，開發(fā)者可以基于我們的無(wú)感FOC固件庫(kù)進(jìn)行開發(fā)”，胡洋洋說(shuō)。這個(gè)方案的具體特性和優(yōu)勢(shì)如下圖所示。

胡洋洋指出，在一個(gè)電機(jī)控制軟件開發(fā)中，電機(jī)參數(shù)的匹配和環(huán)路的調(diào)試會(huì)耗費(fèi)我們很多時(shí)間。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，Qorvo在PAC FOC固件版本FOC 4.2以后增加了Auto-Tuning功能，可以實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)化的電機(jī)控制參數(shù)調(diào)試，以加速項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)程。具體組成如下圖所示：

“通過(guò)這些自動(dòng)化的調(diào)試過(guò)程，我們可以將原來(lái)需要兩到八個(gè)小時(shí)的工作簡(jiǎn)化到30分鐘左右，加速產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程”，胡洋洋說(shuō)。

隨后，胡洋洋首先介紹了Qorvo PAC在變頻壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用。

他進(jìn)一步指出，與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，Qorvo 的PAC方案在控制板尺寸方面節(jié)省了50%，PCBA成本方面也降低了40%，在待機(jī)功耗方面（通過(guò)進(jìn)入冬眠模式），更是只有0.1W。這都是其他對(duì)手所無(wú)法比擬的。

此外，電動(dòng)工具/園林工具、吸塵器/高速吹風(fēng)筒也都是Qorvo PAC的典型應(yīng)用場(chǎng)景，方案的具體優(yōu)勢(shì)如下圖所示：

為了體現(xiàn)Qorvo PAC方案的優(yōu)勢(shì)，胡洋洋還提供了使用了Qorvo方案的吸塵器整機(jī)的測(cè)試效果。首先看方案測(cè)試波形，如下圖所示，Qorvo的方案讓設(shè)備在 500ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)從PAC上電到全功率運(yùn)行。實(shí)測(cè)的最高轉(zhuǎn)速也達(dá)到要求的12萬(wàn)轉(zhuǎn)每分鐘。

在恒功率性能測(cè)試方面，如下圖所示，在電池電壓下降的情況下，驅(qū)動(dòng)器功率穩(wěn)定在176W，波動(dòng)在1W以內(nèi)。在不同口徑下（負(fù)載變化），驅(qū)動(dòng)器功率控制依然穩(wěn)定，這同樣能夠滿足客戶的要求。