PAC智能電機(jī)控制集成柵極驅(qū)動器的MCU應(yīng)用方案

一般來說，無刷直流電機(jī)的驅(qū)動電路主要有三大部分：控制器、柵極驅(qū)動器（即我們常說的預(yù)驅(qū)），以及功率 MOSFET/IGBT。而在無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)中，常用的有 4 種解決方案。一是傳統(tǒng)的分立器件方案（MCU+柵極驅(qū)動+功率MOS）；二是將柵極驅(qū)動器和功率 MOSFET 集成為 IPM 的方案（MCU+IPM)；三是將柵極驅(qū)動器集成進(jìn)控制器（MCU）的方案（MCU+MOS)；四是將控制器、柵極驅(qū)動器和功率 MOSFET 都集成在一起的 ASIC 集成解決方案。以上硬件設(shè)計(jì)組合不同來實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制。

其中兩個(gè)極端的方案，一是分立器件方案，好處顯而易見，通用性好，靈活性高；缺點(diǎn)也很明顯，即體積大，成本高。另一個(gè)就是 ASIC 方案，好處是高度集成化，外圍器件少，缺點(diǎn)是要么是電壓固定，要么功率固定，甚至有時(shí)功能也是固定的。產(chǎn)品適合的使用范圍較小。

為了破解這兩種極端的情況，市面上出現(xiàn)了另一種集成度比較高，有不失一定靈活性的方案，比如將預(yù)驅(qū)集成進(jìn) MCU，甚至將電源、預(yù)驅(qū)和驅(qū)動都集成進(jìn) MCU 的解決方案。如：Qorvo 的 PAC 芯片就是屬于這類解決方案。當(dāng)然，這類方案也有一些缺點(diǎn)，比如一旦選用了一個(gè)供應(yīng)商的方案，比較難去用其他家供應(yīng)商的芯片去 PIN2PIN 替換；維修成本相應(yīng)會變高等等。PAC電機(jī)控制重點(diǎn)介紹的產(chǎn)品包括 PAC5523、PAC5255、PAC5232、PAC5285、PAC5527、PAC5526及其開發(fā)板。

Qorvo 的 PAC 家族產(chǎn)品主要是針對電機(jī)市場推出的集成化驅(qū)動芯片，該芯片架構(gòu)包括 Arm Cortex M0 或 M4F 內(nèi)核的 MCU，外圍集成電源管理模塊，柵極驅(qū)動模塊，專有的可配置模擬前端。

其中，M0 內(nèi)核的 PAC 產(chǎn)品可以做基礎(chǔ)功能，M4 內(nèi)核則可支持復(fù)雜功能，可集成復(fù)雜度更高的算法。 在模擬內(nèi)核方面，PAC 產(chǎn)品可支持不同的電壓標(biāo)準(zhǔn)，48V 的產(chǎn)品主要應(yīng)用在 3 到 6 串電池類應(yīng)用中；70V 應(yīng)用在 5 到 8 串電池類應(yīng)用；160V 的產(chǎn)品支持 10 到 20 串電池類應(yīng)用；600V 的產(chǎn)品則支持 220V 市電輸入的家電類應(yīng)用。 PAC 40V/20W 的 BLDC 解決方案中，介紹了 Qorvo 新推出的集成芯片 PAC5285，該芯片是一款高度集成的低功耗 BLDC 控制器和驅(qū)動器，在單個(gè)產(chǎn)品中集成了閃存可編程 MCU、電源管理、信號調(diào)理和三相 BLDC 逆變器。采用了 50MHz Arm Cortex- M0 內(nèi)核，具有 32kB 閃存和 8KB SRAM。PAC5285 還包含一個(gè) 40V 單電源輸入，非常適合用于 12V 電池供電應(yīng)用。直流-直流電荷泵將電源輸入轉(zhuǎn)換為 IC 和逆變器電源，穩(wěn)壓器用于 5V系 統(tǒng)電源、內(nèi)核和模擬電源。

對于 PAC5285是 Qorvo 極小型化和極簡化設(shè)計(jì)的典型案例。別看 PAC5285 采用的是 M0 內(nèi)核，但仍可以使用正弦波算法。該芯片的幾個(gè)特點(diǎn)： 一是電源部分，采用了 Charge Pump 模式，無需電感，只需要兩個(gè)電容，就能讓電壓從 20 幾伏降下來。也就是說電源管理可以做到極簡化。 二是驅(qū)動極簡化，可以直接引腳出來就接電機(jī)。 三是具備單電阻的差分運(yùn)放，可實(shí)現(xiàn)電流電測，以方便正弦波驅(qū)動。 四是封裝，做到了 6×6mm，還可以做到側(cè)邊上錫。

此外，PAC5285 還集成了差分放大器，用于檢測電機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)和電機(jī)控制。逆變器可配置為在過流、過壓、欠壓和過熱事件時(shí)關(guān)閉。該功率監(jiān)控器支持 ADC 在內(nèi)部對所有電源軌進(jìn)行采樣。該器件包含六個(gè) 40V/300mΩ MOSFET，支持三相 BLDC 電機(jī)應(yīng)用。，采用 PAC5285 的高集成度和單芯片可以顯著減小 PCB 尺寸和降低 BOM 成本，因此非常適合用于超級緊湊的低功耗 2 節(jié)至 6 節(jié)電池供電 BLDC 智能電機(jī)控制。PAC5285 消耗極低的休眠電流，12VDC 時(shí)僅為 8μA。因此，比較適合電動牙刷等應(yīng)用。

PAC電機(jī)控制還有更加高級的 BLDC 控制器 PAC5526/5527 及其開發(fā)板；

其中 PAC5527 使用的是 M4 內(nèi)核，該芯片內(nèi)的驅(qū)動是電流型的，因此可以分別靈活調(diào)整其上升沿和下降沿的斜率，好處就是開關(guān)損耗是可調(diào)整的。

PAC 產(chǎn)品的生態(tài)建設(shè)，Qorvo 除了提供芯片，還有相應(yīng)的硬件資源、電機(jī)控制開發(fā)板；參考設(shè)計(jì)、參考電機(jī)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進(jìn)的算法，以及一些 Turnkey 解決方案等。

PAC5xxx 產(chǎn)品組合提供市場上基于微控制器、最高效的電機(jī)控制器， 適用于家用電器、電動工具、園藝工具、工業(yè)自動化、醫(yī)療設(shè)備、無人機(jī)和遙控車輛及其他應(yīng)用。作為 Qorvo 完整系列的電池供電和交流電機(jī)控制及驅(qū)動解決方案的一部分，PAC5xxx 系列與 Qorvo 的低功耗、無線 Bluetooth? Low Energy 解決方案一起使用時(shí)，還支持物聯(lián)網(wǎng)互連設(shè)備。