Qorvo：相对灵活的极简化电机控制解决方案

一般来说，无刷直流电机的驱动电路主要有三大部分：控制器、栅极驱动器（即我们常说的预驱），以及功率MOSFET/IGBT。而在无刷直流电机的控制系统中，常用的有4种解决方案。这主要是前面提到的三大主要部分的不同组合，一是传统的分立器件方案；二是将栅极驱动器和功率MOSFET集成为IPM的方案；三是将栅极驱动器集成进控制器(MCU)的方案；四是将控制器、栅极驱动器和功率MOSFET都集成在一起的ASIC集成解决方案。

其中两个极端的方案，一是分立器件方案，好处显而易见，通用性好，灵活性高；缺点也很明显，即体积大，成本高。另一个就是ASIC方案，好处是高度集成化，外围器件少，缺点是要么是电压固定，要么功率固定，甚至有时功能也是固定的。

图1：电机控制架构。

为了破解这两种极端的情况，市面上出现了另一种集成度比较高，有不失一定灵活性的方案，比如将预驱集成进MCU，甚至将电源、预驱和驱动都集成进MCU的解决方案。Qorvo的PAC芯片就是属于这类解决方案。当然，这类方案也有一些缺点，比如一旦选用了一个供应商的方案，比较难去用其他家供应商的芯片去PIN2PIN替换；维修成本相应会变高等等。

在前不久<电子发烧友网>举办的“2021年无刷直流电机控制技术研讨会”上，来自Qorvo的电机与电源部门应用经理李方哲在会上介绍了其新产品和新架构。重点介绍的产品包括PAC5285、PAC5527、PAC5526及其开发板。

图2：Qorvo的电机与电源部门应用经理李方哲在分享。

PAC产品家族

据李方哲介绍，Qorvo的PAC家族产品主要是针对电机市场推出的集成化驱动芯片，该芯片架构包括Arm Cortex M0或M4F内核的MCU，外围集成电源管理模块，栅极驱动模块，专有的可配置模拟前端。

图3：Qorvo的PAC产品系列。

其中，M0内核的PAC产品可以做基础功能，M4内核则可支持复杂功能，可集成复杂度更高的算法。

在模拟内核方面，PAC产品可支持不同的电压标准，48V的产品主要应用在3到6串电池类应用中；70V产品应用在5到8串电池类应用；160V的产品支持10到20串电池类应用；600V的产品则支持220V市电输入的家电类应用。

PAC 40V/20W的BLDC解决方案

在李方哲介绍的PAC 40V/20W的BLDC解决方案中，他主要介绍了Qorvo新推出的集成芯片PAC5285。据他介绍，该芯片是一款高度集成的低功耗BLDC控制器和驱动器，在单个产品中集成了闪存可编程MCU、电源管理、信号调理和三相BLDC逆变器。采用了50MHz Arm Cortex- M0内核，具有32kB闪存和8KB SRAM。PAC5285还包含一个40V单电源输入，非常适合用于12V电池供电应用。直流-直流电荷泵将电源输入转换为IC和逆变器电源，稳压器用于5V系统电源、内核和模拟电源。

图4：了Qorvo新推出的集成芯片PAC5285内部架构。

对于PAC5285，李方哲强调，这是Qorvo极小型化和极简化设计的典型案例。别看PAC5285采用的是M0内核，但仍可以使用正弦波算法。他重点阐述了该芯片的几个特点：

一是电源部分，采用了Charge Pump模式，无需电感，只需要两个电容，就能让电压从20几伏降下来。也就是说电源管理可以做到极简化。

二是驱动极简化，可以直接引脚出来就接电机。

三是具备单电阻的差分运放，可实现电流电测，以方便正弦波驱动。

四是封装，做到了6×6mm，还可以做到侧边上锡。

图5：PAC5285的ADC Sequencer。

此外，PAC5285还集成了差分放大器，用于检测电机电流，实现过流保护和电机控制。逆变器可配置为在过流、过压、欠压和过热事件时关闭。该功率监控器支持ADC在内部对所有电源轨进行采样。该器件包含六个40V/300mΩ MOSFET，支持三相BLDC电机应用。

在他看来，采用PAC5285的高集成度和单芯片可以显著减小PCB尺寸和降低BOM成本，因此非常适合用于超级紧凑的低功耗2节至6节电池供电BLDC智能电机控制。

图6：基于PAC5285的BLDC电机驱动方案只需要14个器件。

李方哲还特别提到，PAC5285消耗极低的休眠电流，12VDC时仅为8µA。因此，比较适合电动牙刷等应用。

另外，他还介绍了更加高级的BLDC控制器PAC5526/5527及其开发板。

其中PAC5527使用的是M4内核，该芯片内的驱动是电流型的，因此可以分别灵活调整其上升沿和下降沿的斜率，好处就是开关损耗是可调整的。

最后，李方哲还介绍了PAC产品的生态建设，他指出，Qorvo除了提供芯片，还有相应的硬件资源、电机控制开发板；参考设计、参考电机控制算法、MCU SDK、IDE和Programmer，以及第三方支持，有的第三方可以提供先进的算法，以及一些Turnkey解决方案等。