一般來說,無刷直流電機的驅動電路主要有三大部分:控制器、柵極驅動器(即我們常說的預驅),以及功率 MOSFET/IGBT。而在無刷直流電機的控制系統中,常用的有 4 種解決方案。一是傳統的分立器件方案(MCU+柵極驅動+功率MOS);二是將柵極驅動器和功率 MOSFET 集成為 IPM 的方案(MCU+IPM);三是將柵極驅動器集成進控制器(MCU)的方案(MCU+MOS);四是將控制器、柵極驅動器和功率 MOSFET 都集成在一起的 ASIC 集成解決方案。以上硬件設計組合不同來實現電機控制。
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。產品適合的使用范圍較小。
為了破解這兩種極端的情況,市面上出現了另一種集成度比較高,有不失一定靈活性的方案,比如將預驅集成進 MCU,甚至將電源、預驅和驅動都集成進 MCU 的解決方案。如:Qorvo 的 PAC 芯片就是屬于這類解決方案。當然,這類方案也有一些缺點,比如一旦選用了一個供應商的方案,比較難去用其他家供應商的芯片去 PIN2PIN 替換;維修成本相應會變高等等。PAC電機控制重點介紹的產品包括 PAC5523、PAC5255、PAC5232、PAC5285、PAC5527、PAC5526及其開發板。
Qorvo 的 PAC 家族產品主要是針對電機市場推出的集成化驅動芯片,該芯片架構包括 Arm Cortex M0 或 M4F 內核的 MCU,外圍集成電源管理模塊,柵極驅動模塊,專有的可配置模擬前端。
其中,M0 內核的 PAC 產品可以做基礎功能,M4 內核則可支持復雜功能,可集成復雜度更高的算法。 在模擬內核方面,PAC 產品可支持不同的電壓標準,48V 的產品主要應用在 3 到 6 串電池類應用中;70V 應用在 5 到 8 串電池類應用;160V 的產品支持 10 到 20 串電池類應用;600V 的產品則支持 220V 市電輸入的家電類應用。 PAC 40V/20W 的 BLDC 解決方案中,介紹了 Qorvo 新推出的集成芯片 PAC5285,該芯片是一款高度集成的低功耗 BLDC 控制器和驅動器,在單個產品中集成了閃存可編程 MCU、電源管理、信號調理和三相 BLDC 逆變器。采用了 50MHz Arm Cortex- M0 內核,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 電池供電應用。直流-直流電荷泵將電源輸入轉換為 IC 和逆變器電源,穩壓器用于 5V系 統電源、內核和模擬電源。
對于 PAC5285是 Qorvo 極小型化和極簡化設計的典型案例。別看 PAC5285 采用的是 M0 內核,但仍可以使用正弦波算法。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。 二是驅動極簡化,可以直接引腳出來就接電機。 三是具備單電阻的差分運放,可實現電流電測,以方便正弦波驅動。 四是封裝,做到了 6×6mm,還可以做到側邊上錫。
此外,PAC5285 還集成了差分放大器,用于檢測電機電流,實現過流保護和電機控制。逆變器可配置為在過流、過壓、欠壓和過熱事件時關閉。該功率監控器支持 ADC 在內部對所有電源軌進行采樣。該器件包含六個 40V/300mΩ MOSFET,支持三相 BLDC 電機應用。,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 節至 6 節電池供電 BLDC 智能電機控制。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用。
PAC電機控制還有更加高級的 BLDC 控制器 PAC5526/5527 及其開發板;
其中 PAC5527 使用的是 M4 內核,該芯片內的驅動是電流型的,因此可以分別靈活調整其上升沿和下降沿的斜率,好處就是開關損耗是可調整的。
PAC 產品的生態建設,Qorvo 除了提供芯片,還有相應的硬件資源、電機控制開發板;參考設計、參考電機控制算法、MCU SDK、IDE 和 Programmer,以及第三方支持,有的第三方可以提供先進的算法,以及一些 Turnkey 解決方案等。
PAC5xxx 產品組合提供市場上基于微控制器、最高效的電機控制器, 適用于家用電器、電動工具、園藝工具、工業自動化、醫療設備、無人機和遙控車輛及其他應用。作為 Qorvo 完整系列的電池供電和交流電機控制及驅動解決方案的一部分,PAC5xxx 系列與 Qorvo 的低功耗、無線 Bluetooth? Low Energy 解決方案一起使用時,還支持物聯網互連設備。
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