Qorvo 先進的電機驅動方案分享

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。