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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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