Qorvo 電機(jī)與電源應(yīng)用部門經(jīng)理李方哲在日前的一場(chǎng)電機(jī)控制相關(guān)的在線研討會(huì)中指出，近年來，無論是交流應(yīng)用領(lǐng)域還是直流應(yīng)用領(lǐng)域，都越來越多的電器轉(zhuǎn)向了 BLDC 的方案，這就帶來了 BLDC 方案的需求。而目前，市場(chǎng)上有很多電機(jī)控制的方案選擇，為此 Qorvo 的客戶在與他們交流的時(shí)候，會(huì)在如何選擇方案上提出很多咨詢。

因此在這個(gè)線上研討會(huì)中，李方哲對(duì)當(dāng)前的電機(jī)控制的相關(guān)方案做了一個(gè)介紹。

李方哲指出，如下圖所示，我們可以看到，現(xiàn)在有三種方案可以來實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制設(shè)計(jì)，分別是一個(gè) MCU 加大量外圍模擬器件組成的分立方案（如圖左側(cè)）、一個(gè) ASIC 加少量外圍模擬器件組成的 ASIC 方案（如圖右側(cè)）和把所有器件集成到一個(gè)封裝內(nèi)的集成化方案。

“我們不能很簡(jiǎn)單地說這些方案哪個(gè)更優(yōu)，而是應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，來選擇更適合的方案”，李方哲說。

從他的介紹我們得知，分立方案這個(gè)方案擁有通用性和搭配的靈活性，但需要比較多的芯片數(shù)量，這就使得最后 layout 出來的 PCB 板面積比較大；

來到 ASIC 方案，毫無疑問將獲得更好的電路設(shè)計(jì)，但因?yàn)樗麄兒芏嗲闆r下是針對(duì)特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的方案，所以其功能、包括算法都是固化的，且其擁有規(guī)定的電壓范圍，這就讓他們?cè)趹?yīng)用的時(shí)候喪失了靈活性；

至于集成化方案，他們擁有更少的元器件、更優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)，且擁有相當(dāng)?shù)撵`活性（通過軟件配置），又因?yàn)樗麄儗⒋蟛糠衷骷傻揭粋€(gè)封裝里，這使得他們可以在產(chǎn)品上體現(xiàn)更多的創(chuàng)新性功能，但與此同時(shí)，他們的缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯。如可替代性幾乎為零，無法兼容和可維修性過低，就是其典型劣勢(shì)。

為了更詳細(xì)說明不同方案的優(yōu)劣勢(shì)，李方哲分別對(duì)其組成和工作原理做了更深入的闡述。

李方哲指出，如下圖所示，這是一個(gè)典型的分離式設(shè)計(jì)方案。主要由 MCU、門級(jí)驅(qū)動(dòng)、比較器和放大器這幾大模塊組成，因?yàn)檫@些模塊都要供電，這就對(duì)電源提出了很高的需求，但因?yàn)樵谶@種方案里，各個(gè)部件都是獨(dú)立的，所以在靈活性和可維修性上，都有其余兩種所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)榉桨感枰?PCB 板上放不上很多器件，那就意味著開發(fā)者很難把產(chǎn)品做得很小。

在 ASIC 方面，馬達(dá)的 U/V/W 三根控制線直接連到了芯片的引腳，說明驅(qū)動(dòng)方面設(shè)計(jì)極簡(jiǎn)。這個(gè)芯片是 180 度的正弦波驅(qū)動(dòng)，需要外掛 HALL 傳感器來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。芯片設(shè)有轉(zhuǎn)速輸出及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)輸入腳位，需要一個(gè)簡(jiǎn)單的控制器來做轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。另外，為了給芯片供電，還需要搭配一個(gè)降壓電路。

在第三種，就是 MCU+IPM 的方案，下圖黃色框圖內(nèi)就是 IPM 架構(gòu)，跟 ASIC 不一樣，這個(gè)方案更有靈活性。同時(shí)這個(gè)方案的信號(hào)采集是放在 MCU 里，那就使得整個(gè)方案的驅(qū)動(dòng)變得更簡(jiǎn)單、電路也很優(yōu)化。但前面也說道，這個(gè)方案擁有不可替換、功率段是固定下來的劣勢(shì)。

“現(xiàn)在的馬達(dá)控制發(fā)展的趨勢(shì)是集成化，芯片廠商把包括 MOS 驅(qū)動(dòng)部分在內(nèi)的大部分元器件都集成到一個(gè)芯片封裝里面。這種方案帶來的優(yōu)勢(shì)是器件會(huì)更少，線路會(huì)更優(yōu)化，也有靈活性。而劣勢(shì)就是廠商之間的器件腳位不兼容，且更換成本較高。又因?yàn)轵?qū)動(dòng)被封裝到芯片里，所以其耐壓程度也受到了限制?！?，李方哲接著說。

在電機(jī)控制方面，除了硬件有多個(gè)不同的選擇外，在驅(qū)動(dòng)方面也有兩種選擇，那就是 FOC 和方波。這些方案都各有優(yōu)劣勢(shì)，開發(fā)者該如何選擇呢？

李方哲首先強(qiáng)調(diào)，不管是 FOC 控制還是方波控制，雖然都是利用定子制造旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，但控制算法不盡相同。如下圖可以看到，F(xiàn)OC 在高頻噪聲、可控性、控制多樣性和轉(zhuǎn)速范圍都很有優(yōu)于方波的表現(xiàn)。而方波的優(yōu)勢(shì)則體現(xiàn)在開關(guān)損耗、功率器件選型、MCU 性能選擇、馬達(dá)一致性和相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)方面。

“因?yàn)榭刂圃淼牟灰粯?，方波控制不需?MCU 擁有更強(qiáng)的性能，在硬件設(shè)計(jì)上，也無需像 FOC 要考慮太多板子上的 EMI 干擾，簡(jiǎn)化開發(fā)者的設(shè)計(jì)”，李方哲說。

“總結(jié)而言，正弦波以性能取勝，方波方案則在成本上有很大的優(yōu)勢(shì)。但是我們必須強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，方波在某些方面性能也好于 FOC，因此我們?cè)谶x擇方案的時(shí)候，可以參照上表選擇適合自己的方案”，李方哲補(bǔ)充說。

具體到 FOC 方面，市場(chǎng)上也有三電阻電流采樣或者單電阻電流采樣的方案，那么這兩種方案有各有怎樣的優(yōu)劣勢(shì)呢？

首先看三電阻電流采樣，根據(jù)李方哲介紹，這種方案因?yàn)閾碛芯獾?PWM，有充足的時(shí)間去采樣，這就使得他們?cè)诘退龠^程中表現(xiàn)比較好，并且沒有太多的振動(dòng)。這是單電阻方案所不能比擬的。據(jù)了解，后者在低速的時(shí)候，抖動(dòng)情況非常明顯。此外，在剎車控制方面，三電阻的方案也優(yōu)于單電阻方案。

再看單電阻采樣，因?yàn)檫@個(gè)方案采用的是總線電流采集的方式，那就使得其成本比較低，能很容易地檢測(cè)到總線電流，電流檢測(cè)也相對(duì)容易。在硬件設(shè)計(jì)上也比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橹挥幸宦分绷麟娏鳌５娮璺桨竸t相對(duì)復(fù)雜，因?yàn)樗麄儾蓸拥氖嵌嗦返慕涣麟娏鳌?/p>

“總結(jié)而言，在 MCU 資源夠的情況下，單電阻方案基本上能滿足客戶的需求，因?yàn)樗麄兿鄬?duì)簡(jiǎn)單，且成本較低，工程師也希望能在這個(gè)方案上給客戶提供更多的支持”，李方哲說。

來到 Qorvo 方面，則可以通過 PAC 系列芯片給電機(jī)控制市場(chǎng)提供支持。

據(jù)李方哲介紹，所謂 PAC，也是就 Power Application Controller 的簡(jiǎn)稱，中文就是電源應(yīng)用控制器。因?yàn)?Qorvo 收購的 Active-semi 之前專攻 AC-DC 類產(chǎn)品，而這系列則是看到當(dāng)前需求基于之前的經(jīng)驗(yàn)而開發(fā)出來的“新”控制器。

“我們這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可以把方案做得更小，也很靈活，功能也不錯(cuò)”，李方哲說。而從上圖我們可以看到，這種集成化的方案不但在元器件上有極大的優(yōu)勢(shì)，甚至在成本方面，也有著其他方案難以企及的。

從下圖可以看到，除了工業(yè)領(lǐng)域的 380V 方案以外，Qorvo 幾乎覆蓋了所有的電機(jī)控制應(yīng)用領(lǐng)域。李方哲還透露，Qorvo 在今年有望會(huì)推出車規(guī)級(jí)的 PAC 產(chǎn)品，進(jìn)軍汽車領(lǐng)域的電機(jī)控制市場(chǎng)。

為了進(jìn)一步說明 PAC 系列產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，李方哲以 PAC5527 為例對(duì)其進(jìn)行深入說明。

如下圖所示，Qorvo 的 PAC 系列在電源部分沒有用到電感，而是只用兩個(gè)電容就實(shí)現(xiàn) 24V 輸入的電壓轉(zhuǎn)換。因?yàn)?Qorvo PAC 芯片的引腳是直接拉線連接到功率器件，中間沒有電阻，這就給其帶來成本低、板子小的優(yōu)勢(shì)。

“另外，我們這個(gè)方案還是可調(diào)節(jié)的。芯片里面有多級(jí)恒流源，可以讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可以更靈活地調(diào)整，我們這種集成不是簡(jiǎn)單的一加一等于二”，李方哲強(qiáng)調(diào)。

除了硬件，我們的軟件也必須要做相應(yīng)匹配，我們開發(fā)了很多高性能的功能算法模塊，并一直在持續(xù)革新中。有著有其他方案所沒有的優(yōu)勢(shì)。

“我們的 PAC 有一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，這幾年也一直致力于打造這個(gè)系統(tǒng)，便利開發(fā)者的設(shè)計(jì)”，李方哲說。他進(jìn)一步指出，在硬件方面，Qorvo 除了提供評(píng)估板，還會(huì)提供很多相關(guān)設(shè)計(jì)參考；在軟件方面，也是比較齊全，SDK 方面，Qorvo 也解決了行業(yè)內(nèi)的通用需求，同時(shí)還有相當(dāng)成熟的，對(duì)第三方開發(fā)環(huán)境的支持功能。在售后方面，我們國內(nèi)會(huì)有全方位的支持。

對(duì)于電機(jī)控制開發(fā)者來說，PAC 是個(gè)不錯(cuò)的選擇。