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Qorvo:相对灵活的极简化电机控制解决方案

荷叶塘 来源:电子发烧友 作者:程文智 2021-05-18 18:46 次阅读

一般来说,无刷直流电机驱动电路主要有三大部分:控制器栅极驱动器(即我们常说的预驱),以及功率MOSFET/IGBT。而在无刷直流电机的控制系统中,常用的有4种解决方案。这主要是前面提到的三大主要部分的不同组合,一是传统的分立器件方案;二是将栅极驱动器和功率MOSFET集成为IPM的方案;三是将栅极驱动器集成进控制器(MCU)的方案;四是将控制器、栅极驱动器和功率MOSFET都集成在一起的ASIC集成解决方案。

其中两个极端的方案,一是分立器件方案,好处显而易见,通用性好,灵活性高;缺点也很明显,即体积大,成本高。另一个就是ASIC方案,好处是高度集成化,外围器件少,缺点是要么是电压固定,要么功率固定,甚至有时功能也是固定的。


图1:电机控制架构。


为了破解这两种极端的情况,市面上出现了另一种集成度比较高,有不失一定灵活性的方案,比如将预驱集成进MCU,甚至将电源、预驱和驱动都集成进MCU的解决方案。Qorvo的PAC芯片就是属于这类解决方案。当然,这类方案也有一些缺点,比如一旦选用了一个供应商的方案,比较难去用其他家供应商的芯片去PIN2PIN替换;维修成本相应会变高等等。

在前不久<电子发烧友网>举办的“2021年无刷直流电机控制威廉希尔官方网站 研讨会”上,来自Qorvo的电机与电源部门应用经理李方哲在会上介绍了其新产品和新架构。重点介绍的产品包括PAC5285、PAC5527、PAC5526及其开发板。


图2:Qorvo的电机与电源部门应用经理李方哲在分享。

PAC产品家族

据李方哲介绍,Qorvo的PAC家族产品主要是针对电机市场推出的集成化驱动芯片,该芯片架构包括Arm Cortex M0或M4F内核的MCU,外围集成电源管理模块,栅极驱动模块,专有的可配置interwetten与威廉的赔率体系 前端。


图3:Qorvo的PAC产品系列。


其中,M0内核的PAC产品可以做基础功能,M4内核则可支持复杂功能,可集成复杂度更高的算法

在模拟内核方面,PAC产品可支持不同的电压标准,48V的产品主要应用在3到6串电池类应用中;70V产品应用在5到8串电池类应用;160V的产品支持10到20串电池类应用;600V的产品则支持220V市电输入的家电类应用。

PAC 40V/20W的BLDC解决方案

在李方哲介绍的PAC 40V/20W的BLDC解决方案中,他主要介绍了Qorvo新推出的集成芯片PAC5285。据他介绍,该芯片是一款高度集成的低功耗BLDC控制器和驱动器,在单个产品中集成了闪存可编程MCU、电源管理信号调理和三相BLDC逆变器。采用了50MHz Arm Cortex- M0内核,具有32kB闪存和8KB SRAM。PAC5285还包含一个40V单电源输入,非常适合用于12V电池供电应用。直流-直流电荷泵将电源输入转换为IC和逆变器电源,稳压器用于5V系统电源、内核和模拟电源。


图4:了Qorvo新推出的集成芯片PAC5285内部架构。


对于PAC5285,李方哲强调,这是Qorvo极小型化和极简化设计的典型案例。别看PAC5285采用的是M0内核,但仍可以使用正弦波算法。他重点阐述了该芯片的几个特点:

一是电源部分,采用了Charge Pump模式,无需电感,只需要两个电容,就能让电压从20几伏降下来。也就是说电源管理可以做到极简化。

二是驱动极简化,可以直接引脚出来就接电机。

三是具备单电阻的差分运放,可实现电流电测,以方便正弦波驱动。

四是封装,做到了6×6mm,还可以做到侧边上锡。


图5:PAC5285的ADC Sequencer。


此外,PAC5285还集成了差分放大器,用于检测电机电流,实现过流保护和电机控制。逆变器可配置为在过流、过压、欠压和过热事件时关闭。该功率监控器支持ADC在内部对所有电源轨进行采样。该器件包含六个40V/300mΩ MOSFET,支持三相BLDC电机应用。

在他看来,采用PAC5285的高集成度和单芯片可以显著减小PCB尺寸和降低BOM成本,因此非常适合用于超级紧凑的低功耗2节至6节电池供电BLDC智能电机控制。


图6:基于PAC5285的BLDC电机驱动方案只需要14个器件。


李方哲还特别提到,PAC5285消耗极低的休眠电流,12VDC时仅为8µA。因此,比较适合电动牙刷等应用。

另外,他还介绍了更加高级的BLDC控制器PAC5526/5527及其开发板。


其中PAC5527使用的是M4内核,该芯片内的驱动是电流型的,因此可以分别灵活调整其上升沿和下降沿的斜率,好处就是开关损耗是可调整的。

最后,李方哲还介绍了PAC产品的生态建设,他指出,Qorvo除了提供芯片,还有相应的硬件资源、电机控制开发板;参考设计、参考电机控制算法、MCU SDK、IDE和Programmer,以及第三方支持,有的第三方可以提供先进的算法,以及一些Turnkey解决方案等。

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