[分享] Qorvo PAC高集成度电机控制芯片及应用

Jacktang   2020-6-19 16:26 楼主

     Qorvo PAC芯片是用于三相电机控制的高集成度的产品,它能在降低PCB的尺寸和成本的同时,还能提升系统的可靠性,还能缩短系统的开发时间,被广泛引用于三相电机控制等领域。

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    以下图为例,说明了Qorvo PAC的高集成度。他指出,下图是传统的三相直流无刷电机的电路框图,通常会有AC-DC,DC-DC、MCU、三个gate-driver、运放和功率器件等元器件组成。但Qorvo PAC的器件是将下图虚线框中的器件,都封到了一个芯片里去。相对于传统的分立器件或者IPM方案,这样的方案可以节省更多的器件,整体的BOM成本也会更低,还能满足驱动器的小尺寸和高可靠性要求。

image.png PAC产品适用于以电池供电和市电供电的应用场合,功率以中小功率为主,当中包冰箱、洗衣机、空调风机、电吹风,以及锂电供电设备等应用,具体如下图所示。

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下面介绍一下PAC架构和差异化的特点。

 

这是一个以Cortex-M0(50Mhz)/Cortex-M4F(150Mhz)内核的MCU为中心,外围集成了电源管理模块、栅极驱动模块,还有专有的可配置模拟前端组成,有10bit 1MSPS或者12bit 2.5MSPS的选择,可编程电源部分则采用了一个高性能的“All in one”的电源管理器,集成支持高达600V的开关电源控制器,可以配置为Flyback、高压Buck或SEPIC拓扑,集成多路线性稳压器用于芯片内部供电。在接口方面,则支持UART、SPI、I2C和CAN等。

 

值得一提的是,PAC集成的马达控制专用栅极驱动器是和PWM是联动的,那就意味着系统在使用过程中如果碰到过流故障,两者的联动可以帮忙切断输出,对功率部分做出快速的保护动作。这种集成的方案和满足驱动器小尺寸、低成本以及高性能的要求,还能降低产品生产过程中和使用过程中的返修率。

更多详细信息参考下图所示。

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来到PAC产品系列介绍方面,如下图所示,PAC系列能提供对48V、70V、160V和600V电压支持的产品。正如前文所说,系统还提供了Arm Cortex M0和Cortex M4F 两种内核的方案选择。其中600V的产品是针对如冰箱压缩机驱动、洗衣机或者风机、空气净化器等220V交流供电的应用专门来设计的;160V的产品非常适用于园林工具;70V的产品适用于园林工具,电动工具和一些手持的吸尘器等应用;40V产品则适用于24V以内供电的应用,如手持式电钻等。

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对于电机驱动类开发来说,上游的供应商需要尽量多提供一些便于工程师开发的资源,这样有助于加速他们产品产品设计,这也是Qorvo专注于解决的,Qorvo在PAC系列产品方面,除了硬件资料外(包括产品设计),还会提供马达控制的算法(提供上位机的GUI以供调试使用)。来到MCU SDK方面,在提供Arm标准库以外,Qorvo还根据其芯片的资源特点,额外提供了一些固件库和参考设计例程。甚至在面对一些有认证需求的客户,Qorvo也能提供相关软件包。当然,IDE和编译器的支持是必有的,Qorvo还引入了第三方的支持(包括先进的算法和Turnkey的解决方案等),进一步简化开发者的设计。

 

image.png 对于一些类似风机和水泵这些负载比较稳定的应用,开发者可以基于我们的无感FOC固件库进行开发,这个方案的具体特性和优势如下图所示。

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在一个电机控制软件开发中,电机参数的匹配和环路的调试会耗费我们很多时间。针对这个问题,Qorvo在PAC FOC固件版本FOC 4.2以后增加了Auto-Tuning功能,可以实现更加简化的电机控制参数调试,以加速项目开发进程。具体组成如下图所示:

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此外,电动工具/园林工具、吸尘器/高速吹风筒也都是Qorvo PAC的典型应用场景,方案的具体优势如下图所示:

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为了体现Qorvo PAC方案的优势,提供了使用了Qorvo方案的吸尘器整机的测试效果。首先看方案测试波形,如下图所示,Qorvo的方案让设备在 500ms内实现从PAC上电到全功率运行。实测的最高转速也达到要求的12万转每分钟。

 

在恒功率性能测试方面,如下图所示,在电池电压下降的情况下,驱动器功率稳定在176W,波动在1W以内。在不同口径下(负载变化),驱动器功率控制依然稳定,这同样能够满足客户的要求。

 

 

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