Qorvo PAC系列高集成度电机控制芯片及应用

众所周知，Qorvo是一家专注于创新射频解决方案的提供商，公司针对移动设备、网络基础设施、国防和航天等市场提供一整套的射频解决方案，全球拥有8000名员工，在北京和山东德州建设有工厂。

作为一家以技术创新为导向的公司，Qorvo的产品线分为基础设施与国防产品、移动产品两个部门。主要的增长点放在GaN、IoT和5G等市场。根据市场的发展方向，Qorvo还会通过收购去扩充其增长点，如最近收购的、专注于UWB芯片的Decawave，就是典型的范例。通过这种多元化的发展，Qorvo在过去多年里保持公司的稳定增长。

在2019年5月，Qorvo收购了Active-Semi，组建了可编程管理部门，专注于电源管理与电机驱动芯片的开发与设计。日前，Qorvo技术销售经理胡洋洋参加了一场无刷直流电机控制技术研讨会，给大家分享了Qorvo PAC系列高集成度电机控制芯片及应用。

胡洋洋指出，Qorvo PAC芯片是用于三相电机控制的高集成度的产品，它能在降低PCB的尺寸和成本的同时，还能提升系统的可靠性，还能缩短系统的开发时间，被广泛引用于三相电机控制等领域。

胡洋洋进一步以下图为例，说明了Qorvo PAC的高集成度。他指出，下图是传统的三相直流无刷电机的电路框图，通常会有AC-DC，DC-DC、MCU、三个gate-driver、运放和功率器件等元器件组成。但Qorvo PAC的器件是将下图虚线框中的器件，都封到了一个芯片里去。相对于传统的分立器件或者IPM方案，这样的方案可以节省更多的器件，整体的BOM成本也会更低，还能满足驱动器的小尺寸和高可靠性要求。

“我们的PAC产品适用于以电池供电和市电供电的应用场合，功率以中小功率为主，当中包冰箱、洗衣机、空调风机、电吹风，以及锂电供电设备等应用”，胡洋洋指出。具体如下图所示。

下面介绍一下PAC架构和差异化的特点。  

从胡洋洋的介绍我们得知，这是一个以Cortex-M0（50Mhz）/Cortex-M4F（150Mhz）内核的MCU为中心，外围集成了电源管理模块、栅极驱动模块，还有专有的可配置模拟前端组成，有10bit 1MSPS或者12bit 2.5MSPS的选择，可编程电源部分则采用了一个高性能的“All in one”的电源管理器，集成支持高达600V的开关电源控制器，可以配置为Flyback、高压Buck或SEPIC拓扑，集成多路线性稳压器用于芯片内部供电。在接口方面，则支持UART、SPI、I2C和CAN等。

值得一提的是，PAC集成的马达控制专用栅极驱动器是和PWM是联动的，那就意味着系统在使用过程中如果碰到过流故障，两者的联动可以帮忙切断输出，对功率部分做出快速的保护动作。他进一步强调，这种集成的方案和满足驱动器小尺寸、低成本以及高性能的要求，还能降低产品生产过程中和使用过程中的返修率。

更多详细信息参考下图所示。

来到PAC产品系列介绍方面，胡洋洋指出，如下图所示，PAC系列能提供对48V、70V、160V和600V电压支持的产品。正如前文所说，系统还提供了Arm Cortex M0和Cortex M4F 两种内核的方案选择。其中600V的产品是针对如冰箱压缩机驱动、洗衣机或者风机、空气净化器等220V交流供电的应用专门来设计的；160V的产品非常适用于园林工具；70V的产品适用于园林工具，电动工具和一些手持的吸尘器等应用；40V产品则适用于24V以内供电的应用，如手持式电钻等。

“我们是业内高集成度电机控制产品线最全的公司，我们未来也会根据客户的不同需求持续推出新的产品”，胡洋洋说。

“对于电机驱动类开发来说，上游的供应商需要尽量多提供一些便于工程师开发的资源，这样有助于加速他们产品产品设计，这也是Qorvo专注于解决的”，胡洋洋说。他指出，Qorvo在PAC系列产品方面，除了硬件资料外（包括产品设计），还会提供马达控制的算法（提供上位机的GUI以供调试使用）。来到MCU SDK方面，在提供Arm标准库以外，Qorvo还根据其芯片的资源特点，额外提供了一些固件库和参考设计例程。甚至在面对一些有认证需求的客户，Qorvo也能提供相关软件包。当然，IDE和编译器的支持是必有的，Qorvo还引入了第三方的支持（包括先进的算法和Turnkey的解决方案等），进一步简化开发者的设计。

“对于一些类似风机和水泵这些负载比较稳定的应用，开发者可以基于我们的无感FOC固件库进行开发”，胡洋洋说。这个方案的具体特性和优势如下图所示。

胡洋洋指出，在一个电机控制软件开发中，电机参数的匹配和环路的调试会耗费我们很多时间。针对这个问题，Qorvo在PAC FOC固件版本FOC 4.2以后增加了Auto-Tuning功能，可以实现更加简化的电机控制参数调试，以加速项目开发进程。具体组成如下图所示：

“通过这些自动化的调试过程，我们可以将原来需要两到八个小时的工作简化到30分钟左右，加速产品开发进程”，胡洋洋说。

随后，胡洋洋首先介绍了Qorvo PAC在变频压缩机驱动中的应用。

他进一步指出，与竞争对手相比，Qorvo 的PAC方案在控制板尺寸方面节省了50%，PCBA成本方面也降低了40%，在待机功耗方面（通过进入冬眠模式），更是只有0.1W。这都是其他对手所无法比拟的。

此外，电动工具/园林工具、吸尘器/高速吹风筒也都是Qorvo PAC的典型应用场景，方案的具体优势如下图所示：

为了体现Qorvo PAC方案的优势，胡洋洋还提供了使用了Qorvo方案的吸尘器整机的测试效果。首先看方案测试波形，如下图所示，Qorvo的方案让设备在 500ms内实现从PAC上电到全功率运行。实测的最高转速也达到要求的12万转每分钟。

在恒功率性能测试方面，如下图所示，在电池电压下降的情况下，驱动器功率稳定在176W，波动在1W以内。在不同口径下（负载变化），驱动器功率控制依然稳定，这同样能够满足客户的要求。