Qorvo PAC®系列芯片在高速直流电机控制中的应用

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大家所熟知的Qorvo是一家做射频的公司。但你是否知道,Qorvo现在其实在电源方案上也有其一席之地。
 
2019年4月,Qorovo宣布收购了可编程模拟功率解决方案供应商Active-Semi,后者将成为 Qorvo 基础设施与国防产品 (IDP) 部门的一部分。据了解,Active-Semi的模拟和混合信号片上系统 (SoC) 产品组合为工业、商业和消费应用提供用于充电系统、供电系统和嵌入式数字控制系统的可扩展核心平台。其提供的 Power Application Controllers® (PAC®) 和可编程模拟 IC 可大大缩减解决方案尺寸和成本,提高系统可靠性,并缩短系统开发时间。 
 
日前在大比特商务网于深圳举办的第13届电机驱动与控制技术创新研讨会大会上,Active-Semi的PAC技术销售胡洋洋做了一个题为《PAC®系列芯片在高速直流电机控制中的应用》的演讲,为大家带来了Qorvo这在方面的硬实力。
 
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                    Active-Semi的PAC技术销售胡洋洋
 
胡洋洋表示,在一个常见的电机控制系统中,一版一般包含有DC/DC、LDO和MCU等器件。这些独立的元器件不但会使得整个PCB板的面积过大,同时因为使用的元器件较多,整体成本也会比较高,而Qorvo的PAC芯片则能完美解决这个问题。
 
如下图所示,Qorvo的PAC芯片能够用一个集成的芯片达成下图虚线框内的元器件做到的功能,这不但节省了元器件和面积,降低了BOM成本,同时还能大大降低产品生产过程中的失效率。
 
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从胡洋洋的介绍中我们得知,PAC架构拥有几点明显的特点:
 
PAC架构拥有几点明显的特点
 
一、高性能“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,(2)集成多路线性稳压器用于芯片内部供电;
18uA的超低待机功耗;
灵活多级别的电源和温度监控。
 
二、马达控制专用的栅极预驱动器
 
集成高至2A驱动能力的高低侧栅极驱动器,可以灵活配置的传输延迟和故障检测。
 
三、专有的可配置模拟前端
 
集成高性能的3路差分PGA和4路单端PGA用于电压电流采样。
用于Sensorless BLDC过零点检测的专用相位比较器,简化外部电路和算法设计。
多达10个保护比较器,可实现窗口电流检测和保护,同时与PWM预驱动器联动,如有过流故障可迅速切断输出。
部分产品支持cycle-by-cycle的电流限制,可以实现限流或功率限制等功
 
四、高集成度可满足驱动器小尺寸、低成本以及高性能的要求
 
集成马达控制所需外围分立器件,比如,DCDC、运放、IGBT/MOSFET预驱动器、最大限度的减少外部器件个数以优化BOM成本。
 
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胡洋洋进一步指出,从产品路线图看,Qorvo PAC芯片支持了48V、70V、160V和600V等电压的应用,这是业内对电压等级支持最高的产品。在内部集成的MCU方面,则有150Mhz的Cortex M4F和50Mhz的Cortex-M0供选择。
 
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而为了提升开发者的开发效率,Qorvo除了提供硬件资料和软件SDK之外,还能提供高效可靠的马达控制固件。当然,因为使用了Arm的内核,开发者熟悉的IDE/Programmer也是Qorvo所关注的,客户可以基于IAR/Keil/Eclipse进行产品开发。另外,对包括烧录和算法在内的第三方支持,也是Qorvo PAC芯片生态系统的优势方面。
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“基于这些优质的PAC芯片,我们能够为多个领域提供解决方案。”,胡洋洋说。尤其是在吸尘器、除螨仪和吹风筒等对转速、效率和超高要求的典型产品上,这更是PAC芯片所专长的,胡洋洋强调。
 
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为此,Qorvo推出了一些参考方案,以供开发者选择。
 
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如下图所示,这些方案的测试波形表现非常好,尤其在启动时间和最高转速。
 
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而在恒功率测试数据方面的表现也交出了一份高分的答案。
 
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按照胡洋洋的说法,基于PAC®的驱动方案总共拥有以下几点优势:
 
1、高系统集成度,更少物料数量和更小PCB面积;
2、PAC休眠模式下功耗为18uA(最新方案可以做到8uA),实现系统更低的待机功耗;
3、完善的系统监控和保护;
4、单电阻电流重构方式实现更优化的BOM成本和稳定的恒功率控制;
5、针对风机类负载专门设计的观测器算法,实现更高转速和快速启动。
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