以下文章來源于Qorvo Power，作者Qorvo

下一代電池驅動工具需要配備能夠利用高電壓驅動戶外作業的電機和控制器，同時集成安全功能，以保護用戶和設備。Qorvo憑借其在無刷直流（BLDC）電機高壓控制器方面的專業技術，在這一領域大顯身手。Qorvo高度集成的智能電源應用控制器（PAC）片上系統（SoC）產品組合，可以將BLDC或永磁同步電機（PMSM）可編程電機控制器和驅動器集成到單個集成電路（IC）中，以控制現今工作電壓范圍從44V至600V的動力工具。

BLDC電機在需要高效率、高可靠性和精確控制的應用中得到了廣泛應用。當這些應用涉及關鍵安全功能時，通常需要滿足如B類認證等嚴格的安全標準；以下是BLDC電機控制應用需要B類安全認證的幾個關鍵領域：

電動工具：

包括電鉆、電鋸，乃至檢測與測繪無人機等；以及為草坪和花園維護帶來所需靈活性的最新型電動割草機、修剪機和吹葉機。

汽車：

電動助力轉向（EPS）：確保轉向系統安全運行，降低事故風險。

電動汽車（EV）：用于車輛推進的電機控制系統，以及需要滿足高安全標準，從而確保乘客安全和車輛可靠性的各類子系統。

電動自行車和自主駕駛汽車：（在這些車輛中，）精確控制和功率效率至關重要。

工業自動化：

機器人和自動化設備：確保制造過程中的安全可靠運行，并跟蹤倉庫庫存，從而保護工人及設備。

輸送系統：需要安全且一致的運行，以確保物料處理過程中不發生事故。

家用電器：

洗衣機：確保電機控制安全，防止過熱或機械故障。

冰箱：可靠的電機運行對于保持恒定溫度并避免（食物）變質至關重要。

家庭自動化和智能設備：

暖通空調（HVAC）系統：安全的電機控制對于可靠、高效的供暖、通風和空調十分必要。

智能鎖和安全系統：確保可靠運行，以維護安全并防止未授權訪問。

航空航天和國防：

無人機：其電機控制系統需要高可靠性和高精確度，以實現導航（功能）與穩定性。

飛機執行器：確保控制各種飛機部件的安全性及可靠性。

B類安全認證的關鍵要素

為獲得B類安全認證，BLDC電機控制系統必須解決幾個關鍵方面（的問題）：

故障檢測與管理：實施強大的故障檢測機制，以處理過流、過壓和熱過載等問題。

冗余設計：采用冗余系統，確保在發生故障時仍能持續運行。

隔離措施：確保適當的電氣隔離，以防止安全隱患。

安全監控：持續監控電機的運行參數，以監測和消除潛在故障。

合規性測試：通過嚴格測試確保符合安全標準；如家用電器的IEC 60730標準或車載應用的ISO 26262標準。

Qorvo不斷推進智能電機控制器的技術革新；其PAC52xxx/55xxx系列便是這一領域的卓越典范。這些平臺為運行于44V至72V的系統，配備集成式高階防護功能，簡化了穩固可靠的系統設計流程。該系列產品延續了公司一貫的高度集成化設計思路，將ARM Cortex MCU、模擬前端、電源管理和驅動器集成到單個芯片；同時更增加了針對安全關鍵型應用的特性，超越了原始PAC5xxx SoC的功能集。

原始的PAC5xxx系列智能控制器能夠處理大多數電動工具中的BLDC電機，內置50MHz Arm Cortex-M0 32位微控制器、帶雙自動采樣定序器的高速10位1微秒（μs）模數轉換器（ADC）、靈活的時鐘源、定時器、PWM引擎和多個串行接口。該SoC還配備了可編程多模式電源管理器、可配置模擬前端和專用電源驅動器。

多模式電源管理器（MMPM）如同電源管理的“瑞士軍刀”，能夠高效地處理不同的電壓，并包含一個可在降壓或SEPIC模式下工作的多模式開關電源控制器，以及多達四個線性電源。

專用電源驅動器（ASPD）可利用高壓電源驅動器執行特定的控制應用，如H橋、三相、智能功率模塊（IPM）和通用驅動。

可配置模擬前端（CAFE）作為SoC的大腦，具有可編程增益放大器、比較器、數模轉換器（DAC）等。此類功能允許靈活的信號采樣、反饋放大和傳感器監控。與微控制器一起，這些解決方案為高達600V的直流電源提供集成電源管理、驅動、反饋和控制功能等眾多緊湊應用。

集成安全功能：安全性是電機控制器設計的關鍵方面，特別是在運行條件苛刻的電動工具中。Qorvo的控制器通過固件集成了安全性，為所有應用提供溫度感測及保護功能。

溫度感測與保護：SoC內置溫度傳感器，可經由CAFE的ADC通道訪問，并通過固件設置和測量參數。

溫度保護分為兩個級別，包括過溫警告和過溫故障。當芯片溫度達到140°C時觸發溫度警告；而當溫度升至170°C時則會產生過溫故障。固件中采用字母和數字系統來標識問題發生的位置、遇到的溫度和電壓讀數，以明確警告和故障的性質。問題排除后，這些警告和故障可以被重置。

VDS感測：新款控制器配備了VDS感測功能，用于實現快速過流和短路保護；該功能包含一個獨立的比較器和電平移位器，適用于高壓側MOSFET。此外，它還為每個MOSFET提供了可編程的DAC電平基準和可編程消隱間隔；由于SOA內的電流控制更為嚴格，這使得設計師能夠選用更小的裸片和成本更低的電子元件；從而提高了可靠性，并在出現意外電流瞬變時保護MOSFET。

CBC保護：新款控制器系列還配備了逐周期（CBC）保護功能，確保能迅速響應操作周期內出現的任何不利條件或故障；助力設計人員保障電機和控制器的安全性及完整性，并顯著降低功率損耗。同時，它還有助于縮減物料清單（BOM）成本、減少處理器開銷，并幫助最大限度地簡化整體設計復雜性。

驅動器禁用與制動功能：Qorvo的電機控制產品通過柵極驅動器控制選項帶來額外的安全功能，讓設計人員能夠在出現問題時停用或關閉為電機供電的驅動器電路。控制器配有一個AIO2引腳用于禁用柵極驅動器（nDVRDIS），以及一個專用的AIO4引腳以便在出現問題時強制柵極驅動器對電機進行制動（nBRAKE）。此外，控制器還配備了額外的ADC輸入，包括具有可編程增益的單端專用緩沖饋電AIO3和AIO5引腳，進一步推動BOM成本的降低。

Qorvo電機控制器產品家族不僅適用于電動工具，還可廣泛應用于其它領域；如最新款電動自行車（其對電源效率要求極高）、倉庫中用于跟蹤庫存的自主機器人，以及制造業中作為生產支柱的自動化系統。此外，包括家用電器、機器人技術、暖通空調（HVAC）系統、醫療設備、自主駕駛汽車和數控（CNC）加工等在內的眾多領域，也將從Qorvo下一代PAC系列智能電機控制器中受益。展望未來，其前景一片光明。