【導讀】眾多消費類和工業電器中都普遍選擇使用無刷直流電機。構建適用於 BLDC 的控製器需要幾個關鍵功能，而它們全部整合到了 Qorvo 單封裝 PAC5556 功率應用控製器® (PAC™) 中。

無刷電機獲得青睞

無刷直流 (BLDC) 電dian機ji已yi成cheng為wei各ge種zhong電dian池chi供gong電dian和he線xian路lu供gong電dian設she備bei與yu電dian器qi的de默mo認ren電dian機ji選xuan擇ze。與yu有you刷shua直zhi流liu電dian機ji相xiang比bi
，無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji更geng可ke靠kao
，需xu要yao更geng少shao的de維wei護hu，而er且qie應ying用yong行xing業ye廣guang泛fan了le解jie如ru何he使shi用yong簡jian單dan的de微wei控kong製zhi器qi算suan法fa進jin行xing控kong製zhi。在zai當dang今jin複fu雜za先xian進jin的de控kong製zhi應ying用yong中zhong，有you刷shua電dian機ji產chan生sheng的de電dian氣qi噪zao聲sheng過guo多duo，這zhe意yi味wei著zhe設she計ji人ren員yuan需xu要yao采cai用yong大da量liang電dian磁ci抗kang幹gan擾rao技ji術shu。現xian在zai有you刷shua電dian機ji產chan生sheng的de可ke聽ting噪zao聲sheng屬shu於yu不bu利li因yin素su，特te別bie是shi便bian攜xie式shi電dian池chi供gong電dian電dian器qi，如ru真zhen空kong吸xi塵chen器qi和he個ge人ren電dian動dong工gong具ju
，包bao括kuo線xian鋸ju和he電dian鑽zuan/電動螺絲刀等。

製造商利用轉子驅動軸上的固定永磁體和電機殼內部的一係列勵磁繞組（通常是三個）來lai製zhi造zao無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji。依yi次ci通tong過guo三san個ge勵li磁ci繞rao組zu切qie換huan電dian流liu，使shi驅qu動dong軸zhou轉zhuan動dong。控kong製zhi脈mai衝chong寬kuan度du和he每mei個ge勵li磁ci線xian圈quan驅qu動dong器qi的de開kai關guan頻pin率lv，可ke以yi控kong製zhi電dian機ji速su度du、加jia速su度du和he輸shu出chu扭niu矩ju。需xu要yao將jiang轉zhuan子zi的de運yun行xing狀zhuang態tai閉bi環huan反fan饋kui給gei三san相xiang電dian機ji控kong製zhi算suan法fa，以yi嚴yan密mi監jian視shi和he控kong製zhi驅qu動dong軸zhou轉zhuan動dong的de當dang前qian狀zhuang態tai。提ti供gong這zhe種zhong反fan饋kui的de兩liang個ge最zui常chang用yong方fang法fa是shi：

●    將編碼盤或其他形式的旋轉傳感器附加到轉子軸上。

●    感應轉子永磁體在勵磁繞組內引起的反向電磁場。磁場定向控製 (FOC) 是指使用感應磁場電壓。

無傳感器方法有助於提高整體電機可靠性和降低物料清單 (BOM) 成本。

BLDC 電機控製器的架構

如前所述
，無刷電機控製器需要三個不同的電路功能。這三個不同的電路功能通過以下組件實現：

●    運行電機控製算法的微控製器

●    提供開關信號的脈寬調製 (PWM) 電路

●    驅動電機的功率輸出級

模(mo)數(shu)功(gong)能(neng)將(jiang)軸(zhou)旋(xuan)轉(zhuan)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)號(hao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)數(shu)字(zi)域(yu)
，由(you)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)。在(zai)設(she)計(ji)嵌(qian)入(ru)式(shi)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)時(shi)，可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)幾(ji)種(zhong)設(she)計(ji)。有(you)助(zhu)於(yu)形(xing)成(cheng)嵌(qian)入(ru)式(shi)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)整(zheng)體(ti)設(she)計(ji)的(de)初(chu)始(shi)因(yin)素(su)：

●    所需的功率/扭矩

●    電源

●    軸速度

當(dang)今(jin)注(zhu)重(zhong)從(cong)原(yuan)型(xing)快(kuai)速(su)實(shi)現(xian)生(sheng)產(chan)的(de)趨(qu)勢(shi)，使(shi)得(de)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)開(kai)發(fa)自(zi)定(ding)義(yi)控(kong)製(zhi)器(qi)時(shi)不(bu)會(hui)去(qu)采(cai)用(yong)分(fen)立(li)部(bu)件(jian)。較(jiao)常(chang)用(yong)的(de)設(she)計(ji)方(fang)法(fa)是(shi)使(shi)用(yong)現(xian)成(cheng)的(de)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)來(lai)運(yun)行(xing)控(kong)製(zhi)算(suan)法(fa)。大(da)多(duo)數(shu)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)除(chu)了(le)不(bu)同(tong)的(de)外(wai)設(she)接(jie)口(kou)選(xuan)項(xiang)
、時鍾和定時器外，還包含各種 ADC/DAC 轉zhuan換huan功gong能neng。一yi個ge配pei備bei適shi當dang的de微wei控kong製zhi器qi可ke能neng提ti供gong大da部bu分fen所suo需xu電dian路lu功gong能neng。然ran而er
，許xu多duo微wei控kong製zhi器qi往wang往wang不bu會hui針zhen對dui電dian機ji控kong製zhi應ying用yong進jin行xing優you化hua或huo包bao含han必bi要yao的de半ban/全 H 橋qiao電dian機ji驅qu動dong功gong能neng。此ci外wai，能neng源yuan管guan理li也ye是shi當dang今jin大da多duo數shu應ying用yong的de一yi個ge必bi要yao功gong能neng，在zai電dian機ji控kong製zhi應ying用yong中zhong尤you其qi重zhong要yao，對dui於yu此ci類lei應ying用yong，能neng效xiao評ping級ji通tong常chang是shi客ke戶hu的de關guan鍵jian選xuan擇ze標biao準zhun。還hai有you電dian源yuan管guan理li IC，但這需要工程團隊將其他 IC 集成到設計中，從而會提高 BOM 成本和電路板空間要求。

隨著越來越多基於消費類和工業電機的電器采用無刷直流電機設計，需要一種包含所有必要功能的設備，為此 Qorvo 開發出全功能電源應用控製器 (PAC™)。Qorvo 的 PAC5556 電源應用控製器® (PAC™) 在單個緊湊型封裝內集成了所有必需的模擬、電源管理和柵極驅動信號源。

無刷直流 (BLDC) 電機已成為各種電池供電和線路供電設備與電器的默認電機選擇。

Qorvo PAC5556 簡介

Qorvo PAC5556 電源應用控製器® (PAC™) 采用纖薄的 QFN-52 封裝
，支持高達 600VDC 的電機工作，並集成了一係列所有 BLDC 或智能能源應用所需的各種功能和特性（圖 1）。高度集成的 PAC 架構使 Qorvo PAC5556 特別適合 PCB 尺寸不斷縮小的應用，如白色家電
、壓縮機和電動工具。

圖 1：圖中顯示 Qorvo PAC5556 電源應用控製器的簡化功能框圖。

該設備的核心是具有 128kB 用戶可編程閃存的 150MHz 32 位 Arm® Cortex®-M4F 微控製器內核。嵌套矢量中斷控製器 (NVIC) 能夠容納多達 25 個外部中斷
，可提供喚醒功能，使設備能夠從不同的睡眠模式中恢複工作。24 位實時時鍾的時鍾門控允許低功耗運行。微控製器單元 (MCU) 也集成了高速 12 位 ADC。PAC5556 的 Arm® Cortex®-M4F 微控製器內核針對小端字節序操作而配置，包括乘法和除法的硬件支持、DSP 指令和 IEEE754 單精度浮點單元 (FPU)。集成的 FPU 支持複雜的高分辨率控製算法
，如用於 FOC 的算法。此 MCU 的高性能特性使設計工程師能夠在應用中輕鬆實現複雜的實時算法、安全軟件和診斷。

脈寬調製 (PWM) 引擎為電機柵極驅動器提供驅動信號。PWM 引擎包括四個 16 位定時器和 32 個通道，具有低至 10ns 的精密電機控製功能。

PAC5556 的模擬前端高度可配置，並提供差分和單端可編程增益放大器
、6 個比較器、10 位 DAC、可編程過電流保護
、集成 VM ADC 采樣，以及用於可互連和可編程信號采樣、反饋放大和多個模擬輸入信號的傳感器監控的 I/O。這些模擬功能使該設備適用於磁場定向控製或基於傳感器的 BLDC 控製應用。

Qorvo PAC5556 還包括一個可配置電源管理器和特定應用功率驅動器。可配置電源管理器包含一個允許 IC 和電機驅動器電路使用降壓轉換器拓撲供電的多模式開關電源轉換器。片上線性穩壓器提供 IC 供電軌

，電源管理功能控製可用的睡眠和休眠模式。設計人員可優化電源管理器的運行時和待機模式。PAC 的待機電流很小，因此電池供電工具在不使用時，電池使用壽命很長。在始終連接至交流電的設備（如白色家電）中zhong，電dian源yuan管guan理li器qi可ke以yi幫bang助zhu達da到dao能neng源yuan之zhi星xing評ping級ji要yao求qiu。功gong率lv驅qu動dong器qi塊kuai提ti供gong了le所suo有you必bi要yao的de高gao端duan和he低di端duan柵zha極ji驅qu動dong器qi，適shi用yong於yu各ge種zhong電dian機ji驅qu動dong配pei置zhi，包bao括kuo半ban橋qiao和he全quan H 橋。

用於驅動 BLDC 電機的 Qorvo PAC5556 簡化電路圖如圖 2 所示。

眾多消費類和工業電器中都普遍選擇使用無刷直流電機。

圖 2：用於控製 BLDC 電機的 Qorvo PAC5556 簡化電路圖。

為幫助進行原型製作和開發工作
，提供了基於 Qorvo PAC5556 的評估板。Qorvo PAC5556EVK1 是用於 PAC5556 的完整全功能評估和原型製作平台（圖 3）。該評估板支持多達三個額定值達 220V_AC 或 450V_DC 的半 H 橋逆變器的柵極驅動。通過與計算機的虛擬 COM 端口連接以及基於 GUI 的軟件套件，可配置和控製在 PAC5556EVK1 上運行的所有應用。

圖 3：Qorvo PAC5556EVK1 評估板。

結論

眾多消費類和工業電器中都普遍選擇使用無刷直流電機。隨著無刷電機的應用範圍更加廣泛，快速設計

、原型製作和測試電機控製器的能力成為加快整個產品設計過程的關鍵。因此，設計工程師需要一種在單個封裝內集成所有必需的模擬、電源管理和柵極驅動信號源的設備。高度集成的 Qorvo PAC5556 電源應用控製器能夠滿足緊湊型功率控製解決方案的需求，可減少消費類和工業電機應用的能耗
、尺寸和噪聲。該設計也滿足更嚴格的電路板空間要求
，並保持最低的 BOM 成本。

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