PAC智能电机控制集成栅极驱动器的MCU应用方案

一般来说，无刷直流电机的驱动电路主要有三大部分：控制器、栅极驱动器（即我们常说的预驱），以及功率 MOSFET/IGBT。而在无刷直流电机的控制系统中，常用的有 4 种解决方案。一是传统的分立器件方案（MCU+栅极驱动+功率MOS）；二是将栅极驱动器和功率 MOSFET 集成为 IPM 的方案（MCU+IPM)；三是将栅极驱动器集成进控制器（MCU）的方案（MCU+MOS)；四是将控制器、栅极驱动器和功率 MOSFET 都集成在一起的 ASIC 集成解决方案。以上硬件设计组合不同来实现电机控制。

 

其中两个极端的方案，一是分立器件方案，好处显而易见，通用性好，灵活性高；缺点也很明显，即体积大，成本高。另一个就是 ASIC 方案，好处是高度集成化，外围器件少，缺点是要么是电压固定，要么功率固定，甚至有时功能也是固定的。产品适合的使用范围较小。

 

 

为了破解这两种极端的情况，市面上出现了另一种集成度比较高，有不失一定灵活性的方案，比如将预驱集成进 MCU，甚至将电源、预驱和驱动都集成进 MCU 的解决方案。如：Qorvo 的 PAC 芯片就是属于这类解决方案。当然，这类方案也有一些缺点，比如一旦选用了一个供应商的方案，比较难去用其他家供应商的芯片去 PIN2PIN 替换；维修成本相应会变高等等。 PAC电机控制重点介绍的产品包括 PAC5523、PAC5255、PAC5232、PAC5285、PAC5527、PAC5526及其开发板。

 

Qorvo 的 PAC 家族产品主要是针对电机市场推出的集成化驱动芯片，该芯片架构包括 Arm Cortex M0 或 M4F 内核的 MCU，外围集成电源管理模块，栅极驱动模块，专有的可配置模拟前端。

 

其中，M0 内核的 PAC 产品可以做基础功能，M4 内核则可支持复杂功能，可集成复杂度更高的算法。 在模拟内核方面，PAC 产品可支持不同的电压标准，48V 的产品主要应用在 3 到 6 串电池类应用中；70V 应用在 5 到 8 串电池类应用；160V 的产品支持 10 到 20 串电池类应用；600V 的产品则支持 220V 市电输入的家电类应用。 PAC 40V/20W 的 BLDC 解决方案中，介绍了 Qorvo 新推出的集成芯片 PAC5285，该芯片是一款高度集成的低功耗 BLDC 控制器和驱动器，在单个产品中集成了闪存可编程 MCU、电源管理、信号调理和三相 BLDC 逆变器。采用了 50MHz Arm Cortex- M0 内核，具有 32kB 闪存和 8KB SRAM。PAC5285 还包含一个 40V 单电源输入，非常适合用于 12V 电池供电应用。直流-直流电荷泵将电源输入转换为 IC 和逆变器电源，稳压器用于 5V系 统电源、内核和模拟电源。

 

对于 PAC5285是 Qorvo 极小型化和极简化设计的典型案例。别看 PAC5285 采用的是 M0 内核，但仍可以使用正弦波算法。该芯片的几个特点： 一是电源部分，采用了 Charge Pump 模式，无需电感，只需要两个电容，就能让电压从 20 几伏降下来。也就是说电源管理可以做到极简化。 二是驱动极简化，可以直接引脚出来就接电机。 三是具备单电阻的差分运放，可实现电流电测，以方便正弦波驱动。 四是封装，做到了 6×6mm，还可以做到侧边上锡。

 

此外，PAC5285 还集成了差分放大器，用于检测电机电流，实现过流保护和电机控制。逆变器可配置为在过流、过压、欠压和过热事件时关闭。该功率监控器支持 ADC 在内部对所有电源轨进行采样。该器件包含六个 40V/300mΩ MOSFET，支持三相 BLDC 电机应用。，采用 PAC5285 的高集成度和单芯片可以显著减小 PCB 尺寸和降低 BOM 成本，因此非常适合用于超级紧凑的低功耗 2 节至 6 节电池供电 BLDC 智能电机控制。PAC5285 消耗极低的休眠电流，12VDC 时仅为 8µA。因此，比较适合电动牙刷等应用。

 

PAC电机控制还有更加高级的 BLDC 控制器 PAC5526/5527 及其开发板；

 

其中 PAC5527 使用的是 M4 内核，该芯片内的驱动是电流型的，因此可以分别灵活调整其上升沿和下降沿的斜率，好处就是开关损耗是可调整的。

 PAC 产品的生态建设，Qorvo 除了提供芯片，还有相应的硬件资源、电机控制开发板；参考设计、参考电机控制算法、MCU SDK、IDE 和 Programmer，以及第三方支持，有的第三方可以提供先进的算法，以及一些 Turnkey 解决方案等。

 

PAC5xxx 产品组合提供市场上基于微控制器、最高效的电机控制器， 适用于家用电器、电动工具、园艺工具、工业自动化、医疗设备、无人机和遥控车辆及其他应用。作为 Qorvo 完整系列的电池供电和交流电机控制及驱动解决方案的一部分，PAC5xxx 系列与 Qorvo 的低功耗、无线 Bluetooth® Low Energy 解决方案一起使用时，还支持物联网互连设备。