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[分享] Qorvo PAC系列高集成度电机控制芯片及应用

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纯净的硅(初级)

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发表于 2020-5-17 10:06 | 显示全部楼层 |阅读模式
Qorvo是一家专注于创新射频解决方案的提供商,公司针对移动设备、网络基础设施、国防和航天等市场提供一整套的射频解决方案,全球拥有8000名员工,在北京和山东德州建设有工厂。
 
 
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作为一家以技术创新为导向的公司,Qorvo的产品线分为基础设施与国防产品、移动产品两个部门。主要的增长点放在GaN、IoT和5G等市场。根据市场的发展方向,Qorvo还会通过收购去扩充其增长点,如最近收购的、专注于UWB芯片的Decawave,就是典型的范例。通过这种多元化的发展,Qorvo在过去多年里保持公司的稳定增长。
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在2019年5月,Qorvo收购了Active-Semi,组建了可编程管理部门,专注于电源管理与电机驱动芯片的开发与设计。日前,Qorvo技术销售经理胡洋洋参加了一场无刷直流电机控制技术研讨会,给大家分享了Qorvo PAC系列高集成度电机控制芯片及应用。
 
胡洋洋指出,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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胡洋洋进一步以下图为例,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。
 
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“我们的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”,胡洋洋指出。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。
 
 
从胡洋洋的介绍我们得知,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。他进一步强调,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,胡洋洋指出,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。
 
“我们是业内高集成度电机控制产品线最全的公司,我们未来也会根据客户的不同需求持续推出新的产品”,胡洋洋说。
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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”,胡洋洋说。他指出,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。
 
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“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”,胡洋洋说。这个方案的具体特性和优势如下图所示。
 
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胡洋洋指出,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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“通过这些自动化的调试过程,我们可以将原来需要两到八个小时的工作简化到30分钟左右,加速产品开发进程”,胡洋洋说。
 
随后,胡洋洋首先介绍了Qorvo PAC在变频压缩机驱动中的应用。
 
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他进一步指出,与竞争对手相比,Qorvo 的PAC方案在控制板尺寸方面节省了50%,PCBA成本方面也降低了40%,在待机功耗方面(通过进入冬眠模式),更是只有0.1W。这都是其他对手所无法比拟的。
 
 
 
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,胡洋洋还提供了使用了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。
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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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