眾所知,Qorvo 是一家在美國納斯達克上市的公司,在早些年更是以 RF 產品聞名全球。但正如 Qorvo PAC 芯片應用工程師經理董超在日前于電子發(fā)燒友網舉辦的 “BLDC 技術研討會” 上所說,過去這些年,Qorvo 大力投入到電源相關產品的開發(fā)中去,這也讓公司積累起了包括了 SiC 和電源管理在內的多樣化產品,公司迄今也在全球擁有了 8900 多的員工。
在這次研討會上,董超先生則帶來一個 Qorvo 在電機控制方面的優(yōu)勢分享,為廣大與會者帶來了 Qorvo 公司電源管理旗下的 PAC 系列芯片介紹,當中包括了高集成度的馬達控制芯片和電池管理 BMS 芯片。
董超首先強調:“在馬達控制方案中,Qorvo 擁有非常領先的算法?!?/span>
如他所說,馬達主流的用到了 “方波控制” 和 “FOC 控制” 兩種模式,它們各有各的優(yōu)點和缺點。Qorvo 的做法則是在提供的算法中集成了 FOC 和方波的算法,能夠很方便根據(jù)需求實現(xiàn)切換,以盡量利這兩種方案的優(yōu)點。
“這些控制算法都是在我們的 PAC(Power Application Controller)產品系列上實現(xiàn)的?!?董超表示。
據(jù)介紹,PAC 系列芯片是一系列高集成度的產品,在其上集成了 MCU、電源管理器、預驅動和可配置的模擬前端等部分。具體在到數(shù)字部分,Qorvo 現(xiàn)在提供了基于 Arm cortex M0 和 Arm cortex M4F 的 MCU 內核的產品,開發(fā)者可以根據(jù)對算力、存儲和電壓的不同選擇相應的解決方案。
在 MCU 資源方面,Qorvo 在 Arm cortex M0 產品上提供了涵蓋 8K SRAM、32K Flash 和 50Mhz 主頻的方案選擇?;?Arm cortex M4F 系列的產品則有 32K SRAM、128K Flash 以及 150Mhz 主頻的選擇。
在董超看來,針對馬達驅動的應用,這兩個平臺能夠涵蓋大部分的應用場景。而基于這兩個維度,如下圖所示,Qorvo 做了一個產品路線圖,其中黑色的部分是做馬達控制驅動應用的的產品,藍色的則是 BMS 產品。這些產品也都具有不同的參數(shù)和封裝選擇,可以滿足客戶的多樣化需求。
雖然擁有了領先的芯片和算法,但在董超看來,這并不能滿足公司便利客戶開發(fā)的宗旨。這也是 Qorvo 在提供上述產品以外,還提供了相應的算法、軟件,甚至文檔在內的技術支持的原因。借助這個豐富的生態(tài),客戶也能夠快速地利用 Qorvo 的芯片去設計其產品。
如下圖所示,在 FOC 方面,Qorvo 支持三種不同的開發(fā)環(huán)境,工程師可以選擇其熟悉的環(huán)境進行開發(fā)。而為了方便調試、監(jiān)控調試的一些變量和方便二次開發(fā),Qorvo 還提供了多類型的 GUI 和上位機等資源。
在演講中,董超還展現(xiàn)了 Qorvo FOC 和方波這兩個不同方案的簡單框架以及基于其方案做出 DEMO 展現(xiàn)的波形,具體如下圖所示。
董超指出,F(xiàn)OC 方面,Qorvo 的電機參數(shù)自學習算法,能得到電機的電感和電阻,甚至還可以自診斷我們控制環(huán)路的 PI 參數(shù),這些功能都是可以通過算法自動地實現(xiàn)。除此以外,Qorvo 方案還有電機轉子初始位置檢測,順逆風啟動和最大轉矩電流比控制、缺相檢測和堵轉保護等功能,能夠給客戶從多個角度提供支持。
“如前面所說,我們還有方波和 FOC 的混合控制,可以來回地自由切換。我們還能支持有感或者無感的 FOC 或者方波,此外還有霍爾或者 QEP 光邊編碼器的支持。在電流采樣方面,我們能支持單電阻或者三電阻的方案,也可以支持 DQ 軸的解耦控制方式。” 董超接著說。
按照董超的說法,Qorvo 的這些方案在多個領域中的應用都極具優(yōu)勢。例如在電吹風的方案中,因為大家要求的體積都比較小,所以其母線電容也要求比較小,跑在 100 多瓦功率的時候還會面臨嚴重紋波的問題,“我們會提供一個母線電壓紋波補償?shù)乃惴ㄈケWC相電流比較平穩(wěn),轉速也不會出現(xiàn)較大的波動。在驅動能力不夠的時候,我們提供的過調制功能也能給開發(fā)者提供支持?!?董超說。
他進一步指出,Qorvo 的產品還支持安規(guī)的認證,如公司的 FOC DEMO 產品就已經通過了 UL/IEC 60730 的認證,并已拿到相關證書。公司基于 M4 內核和 M0 內核的某些產品也提供 Class B 安規(guī)認證的支持包,可以為客戶提供支持。公司同時還能提供相關的技術支持服務。
“我們還能通過 Bootloader 功能對固件進行加密,或通過串口遠程更新固件,以保護客戶開發(fā)的固件。還會提供文檔和低層代碼的工具包?!?董超表示。
對于所有的芯片設計來說,開發(fā)板也是必不可少的一個重要組成部分,據(jù)董超介紹,Qorvo 針對大部分芯片都設計了 EVK,客戶可以向公司申請相關的 EVK,并基于此進行驗證開發(fā),并最終實現(xiàn)產品的設計。
如下圖所示,則是 Qorvo 基于 Arm Cortex M0 系列芯片打造的 PAC52xx EVK,這些產品也各具特點。如基于高集成度的 PAC5285 打造的 EVK 板子很小,在其上也看不到 MOSFET,這主要是因為 Qorvo 將六顆 MOSFET 集成到了芯片里。除此以外,該芯片還集成了 MCU、電源管理、預驅動和模擬前端。
基于 PAC 5232 打造的方案則能夠支持 160V 的耐壓,能夠滿足類似園林工具等對鋰電池串數(shù)比較多的應用。PAC 5250 和 PAC5256 則能支持耐壓 600V 的設計。其中,前者可以支持 Flyback 電源拓撲,后者則支持高壓 buck 電源拓撲,更精簡 PCB 的設計。
Qorvo 基于 M4 內核的 PAC55XX 系列芯片同樣也提供了低壓、中壓和高壓的方案。值得一提的是,當中的 PAC5527 和 PAC5526 帶有 charge pump 和 Smart drvier,不需要自舉電路和驅動電阻,進一步簡化了開發(fā)者的設計。
針對 BMS 應用,Qorvo 目前也提供了兩款產品,分別是基于 M0 內核的 PAC22140 和基于 M4 內核的 PAC25140?!昂婉R達驅動芯片一樣,在 BMS 系列產品中,我們同樣將 MCU 和 AFE 等元件集成到一起,提高其集成度。后續(xù)我們也將提供更多的芯片系列?!?董超說。
在董超看來,通過將 Qorvo 的 EVK 和 USB 調試工具連接起來,再借助 Qorvo 豐富的生態(tài)支持,開發(fā)者很容易就打造出一個能跑起來的電機控制方案,加速開發(fā)。至于上面談到的所有資料,開發(fā)者都能直接免費在 Qorvo 的官方網站獲得。
在演講最后,董超還直接示范,如何利用 Qorvo 的 FOC 馬達驅動庫快速打造起一個可用方案。具體步驟如下圖所示。
第一步
第二步
第三步
第四步
第五步
第六步
第七步
第八步
第九步
第十步
(左右滑動查看方案的十個步驟)
“為了深入地調試和二次開發(fā),我們還提供了一些好用的調試工具。而 Qorvo 所做的一切都是為了方便開發(fā)者的開發(fā)?!?董超最后說。
原文標題:Qorvo 先進的電機驅動方案分享
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