Qorvo：相對靈活的極簡化電機(jī)控制解決方案

一般來說，無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路主要有三大部分：控制器、柵極驅(qū)動器（即我們常說的預(yù)驅(qū)），以及功率MOSFET/IGBT。而在無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)中，常用的有4種解決方案。這主要是前面提到的三大主要部分的不同組合，一是傳統(tǒng)的分立器件方案；二是將柵極驅(qū)動器和功率MOSFET集成為IPM的方案；三是將柵極驅(qū)動器集成進(jìn)控制器(MCU)的方案；四是將控制器、柵極驅(qū)動器和功率MOSFET都集成在一起的ASIC集成解決方案。

其中兩個極端的方案，一是分立器件方案，好處顯而易見，通用性好，靈活性高；缺點也很明顯，即體積大，成本高。另一個就是ASIC方案，好處是高度集成化，外圍器件少，缺點是要么是電壓固定，要么功率固定，甚至有時功能也是固定的。

圖1：電機(jī)控制架構(gòu)。

為了破解這兩種極端的情況，市面上出現(xiàn)了另一種集成度比較高，有不失一定靈活性的方案，比如將預(yù)驅(qū)集成進(jìn)MCU，甚至將電源、預(yù)驅(qū)和驅(qū)動都集成進(jìn)MCU的解決方案。Qorvo的PAC芯片就是屬于這類解決方案。當(dāng)然，這類方案也有一些缺點，比如一旦選用了一個供應(yīng)商的方案，比較難去用其他家供應(yīng)商的芯片去PIN2PIN替換；維修成本相應(yīng)會變高等等。

在前不久<電子發(fā)燒友網(wǎng)>舉辦的“2021年無刷直流電機(jī)控制技術(shù)研討會”上，來自Qorvo的電機(jī)與電源部門應(yīng)用經(jīng)理李方哲在會上介紹了其新產(chǎn)品和新架構(gòu)。重點介紹的產(chǎn)品包括PAC5285、PAC5527、PAC5526及其開發(fā)板。

圖2：Qorvo的電機(jī)與電源部門應(yīng)用經(jīng)理李方哲在分享。

PAC產(chǎn)品家族

據(jù)李方哲介紹，Qorvo的PAC家族產(chǎn)品主要是針對電機(jī)市場推出的集成化驅(qū)動芯片，該芯片架構(gòu)包括Arm Cortex M0或M4F內(nèi)核的MCU，外圍集成電源管理模塊，柵極驅(qū)動模塊，專有的可配置模擬前端。

圖3：Qorvo的PAC產(chǎn)品系列。

其中，M0內(nèi)核的PAC產(chǎn)品可以做基礎(chǔ)功能，M4內(nèi)核則可支持復(fù)雜功能，可集成復(fù)雜度更高的算法。

在模擬內(nèi)核方面，PAC產(chǎn)品可支持不同的電壓標(biāo)準(zhǔn)，48V的產(chǎn)品主要應(yīng)用在3到6串電池類應(yīng)用中；70V產(chǎn)品應(yīng)用在5到8串電池類應(yīng)用；160V的產(chǎn)品支持10到20串電池類應(yīng)用；600V的產(chǎn)品則支持220V市電輸入的家電類應(yīng)用。

PAC 40V/20W的BLDC解決方案

在李方哲介紹的PAC 40V/20W的BLDC解決方案中，他主要介紹了Qorvo新推出的集成芯片PAC5285。據(jù)他介紹，該芯片是一款高度集成的低功耗BLDC控制器和驅(qū)動器，在單個產(chǎn)品中集成了閃存可編程MCU、電源管理、信號調(diào)理和三相BLDC逆變器。采用了50MHz Arm Cortex- M0內(nèi)核，具有32kB閃存和8KB SRAM。PAC5285還包含一個40V單電源輸入，非常適合用于12V電池供電應(yīng)用。直流-直流電荷泵將電源輸入轉(zhuǎn)換為IC和逆變器電源，穩(wěn)壓器用于5V系統(tǒng)電源、內(nèi)核和模擬電源。

圖4：了Qorvo新推出的集成芯片PAC5285內(nèi)部架構(gòu)。

對于PAC5285，李方哲強(qiáng)調(diào)，這是Qorvo極小型化和極簡化設(shè)計的典型案例。別看PAC5285采用的是M0內(nèi)核，但仍可以使用正弦波算法。他重點闡述了該芯片的幾個特點：

一是電源部分，采用了Charge Pump模式，無需電感，只需要兩個電容，就能讓電壓從20幾伏降下來。也就是說電源管理可以做到極簡化。

二是驅(qū)動極簡化，可以直接引腳出來就接電機(jī)。

三是具備單電阻的差分運(yùn)放，可實現(xiàn)電流電測，以方便正弦波驅(qū)動。

四是封裝，做到了6×6mm，還可以做到側(cè)邊上錫。

圖5：PAC5285的ADC Sequencer。

此外，PAC5285還集成了差分放大器，用于檢測電機(jī)電流，實現(xiàn)過流保護(hù)和電機(jī)控制。逆變器可配置為在過流、過壓、欠壓和過熱事件時關(guān)閉。該功率監(jiān)控器支持ADC在內(nèi)部對所有電源軌進(jìn)行采樣。該器件包含六個40V/300mΩ MOSFET，支持三相BLDC電機(jī)應(yīng)用。

在他看來，采用PAC5285的高集成度和單芯片可以顯著減小PCB尺寸和降低BOM成本，因此非常適合用于超級緊湊的低功耗2節(jié)至6節(jié)電池供電BLDC智能電機(jī)控制。

圖6：基于PAC5285的BLDC電機(jī)驅(qū)動方案只需要14個器件。

李方哲還特別提到，PAC5285消耗極低的休眠電流，12VDC時僅為8μA。因此，比較適合電動牙刷等應(yīng)用。

另外，他還介紹了更加高級的BLDC控制器PAC5526/5527及其開發(fā)板。

其中PAC5527使用的是M4內(nèi)核，該芯片內(nèi)的驅(qū)動是電流型的，因此可以分別靈活調(diào)整其上升沿和下降沿的斜率，好處就是開關(guān)損耗是可調(diào)整的。

最后，李方哲還介紹了PAC產(chǎn)品的生態(tài)建設(shè)，他指出，Qorvo除了提供芯片，還有相應(yīng)的硬件資源、電機(jī)控制開發(fā)板；參考設(shè)計、參考電機(jī)控制算法、MCU SDK、IDE和Programmer，以及第三方支持，有的第三方可以提供先進(jìn)的算法，以及一些Turnkey解決方案等。