Qorvo 先进的电机驱动方案分享
众所知，Qorvo 是一家在美国纳斯达克上市的公司，在早些年更是以 RF 产品闻名全球。但正如 Qorvo PAC 芯片应用工程师经理董超在日前于电子发烧友网举办的 “BLDC 技术研讨会” 上所说，过去这些年，Qorvo 大力投入到电源相关产品的开发中去，这也让公司积累起了包括了 SiC 和电源管理在内的多样化产品，公司迄今也在全球拥有了 8900 多的员工。
在这次研讨会上，董超先生则带来一个 Qorvo 在电机控制方面的优势分享，为广大与会者带来了 Qorvo 公司电源管理旗下的 PAC 系列芯片介绍，当中包括了高集成度的马达控制芯片和电池管理 BMS 芯片。
董超首先强调：“在马达控制方案中，Qorvo 拥有非常领先的算法。”
如他所说，马达主流的用到了 “方波控制” 和 “FOC 控制” 两种模式，它们各有各的优点和缺点。Qorvo 的做法则是在提供的算法中集成了 FOC 和方波的算法，能够很方便根据需求实现切换，以尽量利这两种方案的优点。
“这些控制算法都是在我们的 PAC（Power Application Controller）产品系列上实现的。” 董超表示。
据介绍，PAC 系列芯片是一系列高集成度的产品，在其上集成了 MCU、电源管理器、预驱动和可配置的vwin 前端等部分。具体在到数字部分，Qorvo 现在提供了基于 Arm cortex M0 和 Arm cortex M4F 的 MCU 内核的产品，开发者可以根据对算力、存储和电压的不同选择相应的解决方案。
在 MCU 资源方面，Qorvo 在 Arm cortex M0 产品上提供了涵盖 8K SRAM、32K Flash 和 50Mhz 主频的方案选择。基于 Arm cortex M4F 系列的产品则有 32K SRAM、128K Flash 以及 150Mhz 主频的选择。
在董超看来，针对马达驱动的应用，这两个平台能够涵盖大部分的应用场景。而基于这两个维度，如下图所示，Qorvo 做了一个产品路线图，其中黑色的部分是做马达控制驱动应用的的产品，蓝色的则是 BMS 产品。这些产品也都具有不同的参数和封装选择，可以满足客户的多样化需求。
虽然拥有了领先的芯片和算法，但在董超看来，这并不能满足公司便利客户开发的宗旨。这也是 Qorvo 在提供上述产品以外，还提供了相应的算法、软件，甚至文档在内的技术支持的原因。借助这个丰富的生态，客户也能够快速地利用 Qorvo 的芯片去设计其产品。
如下图所示，在 FOC 方面，Qorvo 支持三种不同的开发环境，工程师可以选择其熟悉的环境进行开发。而为了方便调试、监控调试的一些变量和方便二次开发，Qorvo 还提供了多类型的 GUI 和上位机等资源。
在演讲中，董超还展现了 Qorvo FOC 和方波这两个不同方案的简单框架以及基于其方案做出 DEMO 展现的波形，具体如下图所示。
董超指出，FOC 方面，Qorvo 的电机参数自学习算法，能得到电机的电感和电阻，甚至还可以自诊断我们控制环路的 PI 参数，这些功能都是可以通过算法自动地实现。除此以外，Qorvo 方案还有电机转子初始位置检测，顺逆风启动和最大转矩电流比控制、缺相检测和堵转保护等功能，能够给客户从多个角度提供支持。
“如前面所说，我们还有方波和 FOC 的混合控制，可以来回地自由切换。我们还能支持有感或者无感的 FOC 或者方波，此外还有霍尔或者 QEP 光边编码器的支持。在电流采样方面，我们能支持单电阻或者三电阻的方案，也可以支持 DQ 轴的解耦控制方式。” 董超接着说。
按照董超的说法，Qorvo 的这些方案在多个领域中的应用都极具优势。例如在电吹风的方案中，因为大家要求的体积都比较小，所以其母线电容也要求比较小，跑在 100 多瓦功率的时候还会面临严重纹波的问题，“我们会提供一个母线电压纹波补偿的算法去保证相电流比较平稳，转速也不会出现较大的波动。在驱动能力不够的时候，我们提供的过调制功能也能给开发者提供支持。” 董超说。
他进一步指出，Qorvo 的产品还支持安规的认证，如公司的 FOC DEMO 产品就已经通过了 UL/IEC 60730 的认证，并已拿到相关证书。公司基于 M4 内核和 M0 内核的某些产品也提供 Class B 安规认证的支持包，可以为客户提供支持。公司同时还能提供相关的技术支持服务。
“我们还能通过 Bootloader 功能对固件进行加密，或通过串口远程更新固件，以保护客户开发的固件。还会提供文档和低层代码的工具包。” 董超表示。
对于所有的芯片设计来说，开发板也是必不可少的一个重要组成部分，据董超介绍，Qorvo 针对大部分芯片都设计了 EVK，客户可以向公司申请相关的 EVK，并基于此进行验证开发，并最终实现产品的设计。
如下图所示，则是 Qorvo 基于 Arm Cortex M0 系列芯片打造的 PAC52xx EVK，这些产品也各具特点。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，这主要是因为 Qorvo 将六颗 MOSFET 集成到了芯片里。除此以外，该芯片还集成了 MCU、电源管理、预驱动和模拟前端。
基于 PAC 5232 打造的方案则能够支持 160V 的耐压，能够满足类似园林工具等对锂电池串数比较多的应用。PAC 5250 和 PAC5256 则能支持耐压 600V 的设计。其中，前者可以支持 Flyback 电源拓扑，后者则支持高压 buck 电源拓扑，更精简 PCB 的设计。
Qorvo 基于 M4 内核的 PAC55XX 系列芯片同样也提供了低压、中压和高压的方案。值得一提的是，当中的 PAC5527 和 PAC5526 带有 charge pump 和 Smart drvier，不需要自举电路和驱动电阻，进一步简化了开发者的设计。
针对 BMS 应用，Qorvo 目前也提供了两款产品，分别是基于 M0 内核的 PAC22140 和基于 M4 内核的 PAC25140。“和马达驱动芯片一样，在 BMS 系列产品中，我们同样将 MCU 和 AFE 等元件集成到一起，提高其集成度。后续我们也将提供更多的芯片系列。” 董超说。
在董超看来，通过将 Qorvo 的 EVK 和 USB 调试工具连接起来，再借助 Qorvo 丰富的生态支持，开发者很容易就打造出一个能跑起来的电机控制方案，加速开发。至于上面谈到的所有资料，开发者都能直接免费在 Qorvo 的官方网站获得。
在演讲最后，董超还直接示范，如何利用 Qorvo 的 FOC 马达驱动库快速打造起一个可用方案。具体步骤如下图所示。
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
(左右滑动查看方案的十个步骤)
“为了深入地调试和二次开发，我们还提供了一些好用的调试工具。而 Qorvo 所做的一切都是为了方便开发者的开发。” 董超最后说。
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