Qorvo融合尖端安全技术,打造耐用的BLDC电机控制应用

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BLDC电机在需要高效率、高可靠性和精确控制的应用中得到了广泛应用。当这些应用涉及关键安全功能时,通常需要满足如B类认证等严格的安全标准;以下是BLDC电机控制应用需要B类安全认证的几个关键领域:
 
电动工具:
 
包括电钻、电锯,乃至检测与测绘无人机等;以及为草坪和花园维护带来所需灵活性的最新型电动割草机、修剪机和吹叶机。
 
汽车:
 
电动助力转向(EPS):确保转向系统安全运行,降低事故风险。
电动汽车(EV):用于车辆推进的电机控制系统,以及需要满足高安全标准,从而确保乘客安全和车辆可靠性的各类子系统。
电动自行车和自主驾驶汽车:(在这些车辆中,)精确控制和功率效率至关重要。
 
工业自动化:
 
机器人和自动化设备:确保制造过程中的安全可靠运行,并跟踪仓库库存,从而保护工人及设备。
输送系统:需要安全且一致的运行,以确保物料处理过程中不发生事故。
 
家用电器:
 
洗衣机:确保电机控制安全,防止过热或机械故障。
冰箱:可靠的电机运行对于保持恒定温度并避免(食物)变质至关重要。
 
家庭自动化和智能设备:
 
暖通空调(HVAC)系统:安全的电机控制对于可靠、高效的供暖、通风和空调十分必要。
智能锁和安全系统:确保可靠运行,以维护安全并防止未授权访问。
 
航空航天和国防:
 
无人机:其电机控制系统需要高可靠性和高精确度,以实现导航(功能)与稳定性。
飞机执行器:确保控制各种飞机部件的安全性及可靠性。
 
B类安全认证的关键要素
 
为获得B类安全认证,BLDC电机控制系统必须解决几个关键方面(的问题):故障检测与管理:实施强大的故障检测机制,以处理过流、过压和热过载等问题。
冗余设计:采用冗余系统,确保在发生故障时仍能持续运行。
隔离措施:确保适当的电气隔离,以防止安全隐患。
安全监控:持续监控电机的运行参数,以监测和消除潜在故障。
合规性测试:通过严格测试确保符合安全标准;如家用电器的IEC 60730标准或车载应用的ISO 26262标准。
 
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点击了解Qorvo PAC52xxx/55xxx系列电机控制器
 
Qorvo不断推进智能电机控制器的技术革新;其PAC52xxx/55xxx系列便是这一领域的卓越典范。这些平台为运行于44V至72V的系统,配备集成式高阶防护功能,简化了稳固可靠的系统设计流程。该系列产品延续了公司一贯的高度集成化设计思路,将ARM® Cortex® MCU模拟前端电源管理驱动器集成到单个芯片;同时更增加了针对安全关键型应用的特性,超越了原始PAC5xxx SoC的功能集。
 
原始的PAC5xxx系列智能控制器能够处理大多数电动工具中的BLDC电机,内置50MHz Arm Cortex-M0 32位微控制器、带双自动采样定序器的高速10位1微秒(μs)模数转换器(ADC)、灵活的时钟源、定时器、PWM引擎和多个串行接口。该SoC还配备了可编程多模式电源管理器、可配置模拟前端和专用电源驱动器。
 
多模式电源管理器(MMPM)如同电源管理的“瑞士军刀”,能够高效地处理不同的电压,并包含一个可在降压或SEPIC模式下工作的多模式开关电源控制器,以及多达四个线性电源。
 
专用电源驱动器(ASPD)可利用高压电源驱动器执行特定的控制应用,如H桥、三相、智能功率模块(IPM)和通用驱动。
 
可配置模拟前端(CAFE)作为SoC的大脑,具有可编程增益放大器、比较器、数模转换器(DAC)等。此类功能允许灵活的信号采样、反馈放大和传感器监控。与微控制器一起,这些解决方案为高达600V的直流电源提供集成电源管理、驱动、反馈和控制功能等众多紧凑应用。
 
集成安全功能:安全性是电机控制器设计的关键方面,特别是在运行条件苛刻的电动工具中。Qorvo的控制器通过固件集成了安全性,为所有应用提供温度感测及保护功能。
 
温度感测与保护:SoC内置温度传感器,可经由CAFE的ADC通道访问,并通过固件设置和测量参数。
 
温度保护分为两个级别,包括过温警告过温故障。当芯片温度达到140°C时触发温度警告;而当温度升至170°C时则会产生过温故障。固件中采用字母和数字系统来标识问题发生的位置、遇到的温度和电压读数,以明确警告和故障的性质。问题排除后,这些警告和故障可以被重置。
 
VDS感测:新款控制器配备了VDS感测功能,用于实现快速过流和短路保护;该功能包含一个独立的比较器和电平移位器,适用于高压侧MOSFET。此外,它还为每个MOSFET提供了可编程的DAC电平基准和可编程消隐间隔;由于SOA内的电流控制更为严格,这使得设计师能够选用更小的裸片和成本更低的电子元件;从而提高了可靠性,并在出现意外电流瞬变时保护MOSFET。
 
CBC保护:新款控制器系列还配备了逐周期(CBC)保护功能,确保能迅速响应操作周期内出现的任何不利条件或故障;助力设计人员保障电机和控制器的安全性及完整性,并显著降低功率损耗。同时,它还有助于缩减物料清单(BOM)成本、减少处理器开销,并帮助最大限度地简化整体设计复杂性。
 
驱动器禁用与制动功能:Qorvo的电机控制产品通过栅极驱动器控制选项带来额外的安全功能,让设计人员能够在出现问题时停用或关闭为电机供电的驱动器电路。控制器配有一个AIO2引脚用于禁用栅极驱动器(nDVRDIS),以及一个专用的AIO4引脚以便在出现问题时强制栅极驱动器对电机进行制动(nBRAKE)。此外,控制器还配备了额外的ADC输入,包括具有可编程增益的单端专用缓冲馈电AIO3和AIO5引脚,进一步推动BOM成本的降低。
 
Qorvo电机控制器产品家族不仅适用于电动工具,还可广泛应用于其它领域;如最新款电动自行车(其对电源效率要求极高)、仓库中用于跟踪库存的自主机器人,以及制造业中作为生产支柱的自动化系统。此外,包括家用电器、机器人技术、暖通空调(HVAC)系统、医疗设备、自主驾驶汽车和数控(CNC)加工等在内的众多领域,也将从Qorvo下一代PAC系列智能电机控制器中受益。展望未来,其前景一片光明。
 
文章转载自Qorvo半导体公众号

 

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