Qorvo下一代智能BLDC控制器的應用方案

修枝剪、吹葉機、鏈鋸和電動錘——我們對春季、夏季和秋季中那些燃油動力園藝工具及其發(fā)出的持續(xù)噪聲并不陌生；更不用說冬季吹雪機的嗡嗡聲了。雖然燃油動力工具長期以來一直是戶外養(yǎng)護工作的必需品，但近年來，它們產(chǎn)生的噪音污染和對環(huán)境的影響已經(jīng)引起了人們的廣泛關注，尤其是在人口稠密的郊區(qū)。

一些州已經(jīng)開始著手解決這些問題，通過制定法規(guī)限制燃油動力工具的使用，轉(zhuǎn)而支持更加安靜、清潔的電動替代品。例如，華盛頓特區(qū)已實施了嚴格的禁令，禁止使用燃油驅(qū)動的割草機和吹葉機；佛羅里達、伊利諾伊、俄勒岡和加利福尼亞的一些城市也紛紛效仿。隨著新型電池技術(shù)被證實可以作為化石燃料的有效替代，過去幾年中對電池驅(qū)動工具的需求一直在增加。然而，真正驅(qū)動這些電動工具高效運行的是能夠應對所需高電壓的無刷直流電機（BLDC）。

全面、智能的電機控制解決方案

下一代電動工具需要更新?lián)Q代的電機及控制器，以便利用所需的高電壓來驅(qū)動戶外工具，同時集成安全功能以保護用戶和設備；這正是Qorvo的優(yōu)勢所在。Qorvo公司憑借對無刷直流電機高壓控制器的豐富專業(yè)知識，成功推出了智能且高度優(yōu)化的PAC（Power Application Controller）SoC系列產(chǎn)品，可將BLDC或永磁同步電機（PMSM）可編程電機控制器及驅(qū)動器集成到單個IC中，以控制當今電壓范圍從44V到600V的電動工具。

PAC52xx系列智能控制器能用于大多數(shù)電動工具中的直流無刷電機，并內(nèi)置了50MHz主頻Arm Cortex-M0內(nèi)核的32位微控制器、帶雙自動采樣定序器的高速10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（最小采樣時間1μs）、靈活的時鐘源、定時器、PWM引擎和多個串行接口。此外，這款SoC還配備了可編程多模式電源管理器、可配置模擬前端和應用特定型電源驅(qū)動器。

多模式電源管理器（MMPM）就像電源管理領域的“瑞士軍刀”，能夠高效處理不同電壓，并包含一個多模式開關電源控制器；該控制器可在降壓或SEPIC模式下工作，同時還擁有多達四個線性電壓源。

應用特定型電源驅(qū)動器（ASPD）可利用高壓電源驅(qū)動器執(zhí)行特定的控制應用，如H橋、三相、智能功率模塊（IPM）和通用驅(qū)動。可配置模擬前端（CAFE）作為SoC的大腦，具備可編程增益放大器、比較器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等功能。這些功能可實現(xiàn)靈活的信號采樣、反饋放大和傳感器監(jiān)測。與微控制器相結(jié)合，此類解決方案為電壓高達600V的直流電源提供了集成電源管理、驅(qū)動、反饋和控制功能的眾多緊湊型應用。

圖1，PAC52711

通過固件實現(xiàn)安全性

Qorvo現(xiàn)有的PAC5xxx系列產(chǎn)品通過固件集成了安全功能，實現(xiàn)針對過流、過壓、欠壓和過熱等條件的防護。這些SoC配備有溫度傳感器，能夠經(jīng)由可配置模擬前端的ADC通道進行訪問，并通過固件設置和測量相關參數(shù)。

產(chǎn)品提供兩級溫度保護，包括溫度警告和溫度故障。當裸片溫度達到140°C時發(fā)出溫度警告；而當芯片溫度達到170°C時，將觸發(fā)溫度故障。

Qorvo的下一代智能BLDC控制器

如同所有技術(shù)一樣，電池驅(qū)動的工具也在不斷演進，以利用最新的創(chuàng)新成果，包括新的電機改型和更高的電壓。BLDC和PMSM電機控制器也不例外，其中許多新功能進展均針對B級安全關鍵型應用，包括鏈鋸、無繩電鉆、角磨機等電動工具；此類應用的故障可能導致嚴重的人身傷害。

Qorvo也對智能電機控制器產(chǎn)品進行了升級；其推出的全新PAC52xxx/55xxx平臺展現(xiàn)了這一成果。此類平臺通過集成高階保護功能簡化了設計流程，確保了在44V至72V電壓范圍內(nèi)運行的系統(tǒng)能夠擁有卓越的耐用性。這些產(chǎn)品延續(xù)了該公司一貫的高度集成化設計思路，將可編程電機控制器和驅(qū)動器集成在同一塊芯片上，但又超越了原始的PAC5xxx SoC功能集配置。新品在SoC內(nèi)部集成了硬件級別的安全功能，而非通過固件實現(xiàn)。

Qorvo新推出的PAC52xxx/55xxx系列電機控制器可用于對精度、效率和安全性有嚴格要求的各類應用，面向工作電壓在44V至72V的系統(tǒng)。這些要求非常適合電池驅(qū)動的電動工具，包括電鉆、電鋸，甚至用于監(jiān)測和測繪的無人機。這些工具需要強大的電機控制器來應對建筑工地等的嚴苛環(huán)境；同時還為最新款電動割草機、修剪機和吹葉機等多種園藝工具提供了草坪和花園維護所需的靈活性。

圖2，PAC52xxx系列中的逐周期保護

VDS檢測

新款控制器配備了VDS檢測功能，用于實現(xiàn)快速過流和短路保護；該功能包含一個獨立的比較器和電平移位器，適用于高壓側(cè)MOSFET。此外，它還為每個MOSFET提供了可編程的DAC電平基準和可編程消隱間隔；由于SOA內(nèi)的電流控制為嚴格，這使得設計師能夠選用更小的裸片和成本更低的電子元件；從而提高了可靠性，并在出現(xiàn)意外電流瞬變時保護MOSFET。

圖3，柵極驅(qū)動器控制

CBC保護

新款控制器系列還配備了逐周期（CBC）保護功能，確?？刂破髂苎杆夙憫僮髦芷趦?nèi)出現(xiàn)的任何不利條件或故障；助力設計師保障電機和控制器的安全性及完整性，并顯著降低功率損耗。同時，它還有助于縮減物料清單（BOM）成本、減少處理器開銷，并幫助最大限度地簡化整體設計復雜性。

驅(qū)動器禁用與制動功能

Qorvo的電機控制產(chǎn)品通過柵極驅(qū)動器控制選項帶來額外的安全功能，讓設計人員能夠在出現(xiàn)問題時停用或關閉為電機供電的驅(qū)動器電路。控制器配有一個AIO2引腳用于禁用柵極驅(qū)動器（nDVRDIS），以及一個專用的AIO4引腳以在出現(xiàn)問題時強制柵極驅(qū)動器對電機進行制動（nBRAKE）。此外，控制器還配備了額外的ADC輸入，包括具有可編程增益的單端專用緩沖饋電AIO3和AIO5引腳，進一步推動BOM成本的降低。

Qorvo新款電機控制器系列不僅適用于電動工具，還可廣泛應用于其它領域；如最新款電動自行車（其對電源效率要求極高）、倉庫中用于跟蹤庫存的自主機器人，以及制造業(yè)中作為生產(chǎn)支柱的自動化系統(tǒng)。此外，包括家用電器、機器人技術(shù)、暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)、醫(yī)療設備、自主駕駛汽車和數(shù)控（CNC）加工等在內(nèi)的眾多領域，也將從Qorvo下一代PAC系列智能電機控制器中受益。