Qorvo下一代智能BLDC控制器的应用方案

修枝剪、吹叶机、链锯和电动锤——我们对春季、夏季和秋季中那些燃油动力园艺工具及其发出的持续噪声并不陌生；更不用说冬季吹雪机的嗡嗡声了。虽然燃油动力工具长期以来一直是户外养护工作的必需品，但近年来，它们产生的噪音污染和对环境的影响已经引起了人们的广泛关注，尤其是在人口稠密的郊区。

一些州已经开始着手解决这些问题，通过制定法规限制燃油动力工具的使用，转而支持更加安静、清洁的电动替代品。例如，华盛顿特区已实施了严格的禁令，禁止使用燃油驱动的割草机和吹叶机；佛罗里达、伊利诺伊、俄勒冈和加利福尼亚的一些城市也纷纷效仿。随着新型电池技术被证实可以作为化石燃料的有效替代，过去几年中对电池驱动工具的需求一直在增加。然而，真正驱动这些电动工具高效运行的是能够应对所需高电压的无刷直流电机（BLDC）。

全面、智能的电机控制解决方案

下一代电动工具需要更新换代的电机及控制器，以便利用所需的高电压来驱动户外工具，同时集成安全功能以保护用户和设备；这正是Qorvo的优势所在。Qorvo公司凭借对无刷直流电机高压控制器的丰富专业知识，成功推出了智能且高度优化的PAC（Power Application Controller）SoC系列产品，可将BLDC或永磁同步电机（PMSM）可编程电机控制器及驱动器集成到单个IC中，以控制当今电压范围从44V到600V的电动工具。

PAC52xx系列智能控制器能用于大多数电动工具中的直流无刷电机，并内置了50MHz主频Arm Cortex-M0内核的32位微控制器、带双自动采样定序器的高速10位模数转换器（最小采样时间1µs）、灵活的时钟源、定时器、PWM引擎和多个串行接口。此外，这款SoC还配备了可编程多模式电源管理器、可配置模拟前端和应用特定型电源驱动器。

多模式电源管理器（MMPM）就像电源管理领域的“瑞士军刀”，能够高效处理不同电压，并包含一个多模式开关电源控制器；该控制器可在降压或SEPIC模式下工作，同时还拥有多达四个线性电压源。

应用特定型电源驱动器（ASPD）可利用高压电源驱动器执行特定的控制应用，如H桥、三相、智能功率模块（IPM）和通用驱动。可配置模拟前端（CAFE）作为SoC的大脑，具备可编程增益放大器、比较器、数模转换器等功能。这些功能可实现灵活的信号采样、反馈放大和传感器监测。与微控制器相结合，此类解决方案为电压高达600V的直流电源提供了集成电源管理、驱动、反馈和控制功能的众多紧凑型应用。

图1，PAC52711

通过固件实现安全性

Qorvo现有的PAC5xxx系列产品通过固件集成了安全功能，实现针对过流、过压、欠压和过热等条件的防护。这些SoC配备有温度传感器，能够经由可配置模拟前端的ADC通道进行访问，并通过固件设置和测量相关参数。

产品提供两级温度保护，包括温度警告和温度故障。当裸片温度达到140°C时发出温度警告；而当芯片温度达到170°C时，将触发温度故障。

Qorvo的下一代智能BLDC控制器

如同所有技术一样，电池驱动的工具也在不断演进，以利用最新的创新成果，包括新的电机改型和更高的电压。BLDC和PMSM电机控制器也不例外，其中许多新功能进展均针对B级安全关键型应用，包括链锯、无绳电钻、角磨机等电动工具；此类应用的故障可能导致严重的人身伤害。

Qorvo也对智能电机控制器产品进行了升级；其推出的全新PAC52xxx/55xxx平台展现了这一成果。此类平台通过集成高阶保护功能简化了设计流程，确保了在44V至72V电压范围内运行的系统能够拥有卓越的耐用性。这些产品延续了该公司一贯的高度集成化设计思路，将可编程电机控制器和驱动器集成在同一块芯片上，但又超越了原始的PAC5xxx SoC功能集配置。新品在SoC内部集成了硬件级别的安全功能，而非通过固件实现。

Qorvo新推出的PAC52xxx/55xxx系列电机控制器可用于对精度、效率和安全性有严格要求的各类应用，面向工作电压在44V至72V的系统。这些要求非常适合电池驱动的电动工具，包括电钻、电锯，甚至用于监测和测绘的无人机。这些工具需要强大的电机控制器来应对建筑工地等的严苛环境；同时还为最新款电动割草机、修剪机和吹叶机等多种园艺工具提供了草坪和花园维护所需的灵活性。

图2，PAC52xxx系列中的逐周期保护

VDS检测

新款控制器配备了VDS检测功能，用于实现快速过流和短路保护；该功能包含一个独立的比较器和电平移位器，适用于高压侧MOSFET。此外，它还为每个MOSFET提供了可编程的DAC电平基准和可编程消隐间隔；由于SOA内的电流控制为严格，这使得设计师能够选用更小的裸片和成本更低的电子元件；从而提高了可靠性，并在出现意外电流瞬变时保护MOSFET。

图3，栅极驱动器控制

CBC保护

新款控制器系列还配备了逐周期（CBC）保护功能，确保控制器能迅速响应操作周期内出现的任何不利条件或故障；助力设计师保障电机和控制器的安全性及完整性，并显著降低功率损耗。同时，它还有助于缩减物料清单（BOM）成本、减少处理器开销，并帮助最大限度地简化整体设计复杂性。

驱动器禁用与制动功能

Qorvo的电机控制产品通过栅极驱动器控制选项带来额外的安全功能，让设计人员能够在出现问题时停用或关闭为电机供电的驱动器电路。控制器配有一个AIO2引脚用于禁用栅极驱动器（nDVRDIS），以及一个专用的AIO4引脚以在出现问题时强制栅极驱动器对电机进行制动（nBRAKE）。此外，控制器还配备了额外的ADC输入，包括具有可编程增益的单端专用缓冲馈电AIO3和AIO5引脚，进一步推动BOM成本的降低。

Qorvo新款电机控制器系列不仅适用于电动工具，还可广泛应用于其它领域；如最新款电动自行车（其对电源效率要求极高）、仓库中用于跟踪库存的自主机器人，以及制造业中作为生产支柱的自动化系统。此外，包括家用电器、机器人技术、暖通空调（HVAC）系统、医疗设备、自主驾驶汽车和数控（CNC）加工等在内的众多领域，也将从Qorvo下一代PAC系列智能电机控制器中受益。