无线吸尘器设计亮点介绍

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无线吸尘器设计亮点介绍 [复制链接]

这里给大家分享一篇Qorvo的无线吸尘器的设计亮点。下面一起来看一下吧。

 

设计亮点

Qorvo 电源应用控制器 (PAC) 系列³中的 Qorvo CST32251 IC 是真空吸尘器项目设计的核心。这款片上系统 (SoC) 具有构建简单、紧凑且具成本效益的电机控制板所需的全面功能性（见图 2）。本设计中的控制板包括集成式电源管理系统、50 MHz 32 位 ARM Cortex-M0 微控制器单元 (MCU)、栅极驱动器、运算放大器、比较器以及其他支持部件。可通过增加在不同条件下实现恒定功率输出的外设 MOSFET 完成集成设计。

 

图 1.PMSM 电机控制器和驱动器的功能框图。

 

实现超高速电机运转

 

超高电机转速是这个项目的一个重要设计参数，旨在使其达到远高于市场上标准真空吸尘器的水平。为实现高达 150,000 rpm 的机械速度，要求密切管理由 ARM Cortex M0 MCU 控制的模数转换器 (ADC) 和脉宽调制器 (PWM) 的运行。所需的电频率范围可达 2.5 kHz，且为了实现 FOC 的精确控制，ADC 采样速度和精度必须高达 1 MSPS，同时要求 PWM 具有非常精细的分辨率。微控制器可确保对这些值进行精调，以实现精确的操作，而 Qorvo 开发的 FOC 定制算法旨在满足这些要求，并加快 FOC 的操作序列。

 

通过功率调节达到更优效果

 

真空吸尘器的吸力受到许多不同因素的影响，包括不同附件的风管体积、电池电量、堵塞真空吸尘器的任何吸入物体以及充满灰尘和碎屑的排气过滤器。从这方面讲，在不断变化的条件下保持恒定功率是尽可能增大吸力的关键。基于转矩或电机转速调节的设计不能很好地响应影响吸力强度的所有因素，而由集成在 SoC 中的微控制器监控并由定制的 Qorvo FOC 算法控制的调节功率可实现更加一致的结果。利用 ADC 采集的内部功率水平数据可进行实时计算，并可快速进行必要的功率调整。

 

Qorvo 芯片提供的电机控制功能也支持多种保护措施，如：

过压保护、欠压保护以及过电流检测和调节

• 内部电源监控和保护/li>

• 堵转保护

• 开路保护

• MCU 的超温关机和重启（需要时）

 

 

从设计角度来看，如果没有 Qorvo 芯片提供的计算能力，控制和保护真空吸尘器中的电源系统将需要大量附加的设计工作和许多额外的组件。通过将 Qorvo SoC 集成到产品中，可以在各种条件下保持 120,000 rpm 的恒定电机转速。这款芯片可提供驱动真空电机并尽可能提高效率所需的一切。

 

确保快速启动速度

 

为确保真空吸尘器的平稳快速启动，电机启动算法需要使用转子位置信息。为获取这一信息，Qorvo 使用其 SoC 向电机发送高频信号，以捕获三相电机电感的相关数据。启动算法可利用这些数据计算转子位置。在上一代无刷电机设计中，昂贵且易出故障的霍尔传感器被用来检测转子位置，但在本设计中，Qorvo SoC 的内置功能便可处理这项任务，且无需任何额外的霍尔传感器组件。

 

转子位置的信息使其有可能避免启动期间的反向旋转，同时也有助于实现大约 5 秒内的快速启动速度。

 

实现经济高效的设计

 

将执行电机控制功能的所有逻辑和电路整合到单个 Qorvo PAC 电机控制芯片中是实现本产品高性价比设计的关键。通过避免在设计中使用分立元件，可最大限度地减少维护需求，并延长产品生命周期。高度集成的 SoC 可提供电源、栅极驱动、模拟前端、经济实惠的 ARM 嵌入式处理器以及其他部件，从而降低物料清单 (BOM) 成本。

 

Qorvo 开发的复杂算法可通过可用的 SoC 硬件实现各种电机控制功能。例如，本设计采用基于单电阻采样方法的无传感器 FOC 控制，不像许多上一代设计中那样需要使用三个采样电阻。图 2 显示了执行这些操作的电路。

 

图 2.电机驱动器电路中的关键组件。

 

自定义算法支持设计中的电源保护和高效功能，同时可降低整体功耗，并在更大范围的条件下实现惊人的性能。在睡眠模式下，Qorvo PAC 控制的功耗为 12 微安，而真空吸尘器的待机功率要求也非常低。

 

怎么样以上介绍很清晰吧，想了解更详细的朋友可以点击用高性能电机，打造出色的真空吸尘器（下）。