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无刷电机如何实现高效率、智能化?单芯片SOC控制器或是最佳方案

电机的应用非常广泛,大到航空航天,小到家电产品,基本上生活中的很多电子产品都有电机的身影。常见的电机是有刷电机和无刷电机,因为性能的优越性,无刷电机成为这几年最火的电机,具有广阔的市场前景。以无刷直流电机为例,它主要的组成部分是电机主体和驱动器,由于无刷直流电机是自控式运行的,采用半导体开关器件来实现电子换向的,因此它在智能化这块具有不可替代的优势。

随着人工智能时代的来临,无刷电机的应用肯定会越来越广泛,这也让很多从事无刷电机产业链相关的企业非常兴奋。比如Qorvo公司就看到了这样的机遇,近日Qorvo推出市场上性能最强大的新型电源应用控制器系列PAC5xxx。据介绍,该系列的单芯片SOC控制器可实现高效率、高性能和较长的电池寿命,适用于无刷直流电机供电工具。在Qorvo 2019新品媒体发布会上,Qorvo可编程电机控制及电源管理事业部总经理Larry Blackledge和Qorvo亚太区销售VP Charles Wong等高层给大家讲述了Qorvo如何助力电机市场,让先进的电机控制IC解决方案成为客户的救命稻草,掀起市场新一波的浪潮。

无刷电机如何实现高效率、高性能?

Qorvo可编程电机控制及电源管理事业部总经理Larry Blackledge,Qorvo供图)

对于很多不是特别了解Qorvo的工程师而言,Qorvo是一家全球领先的高性能射频解决方案商,而不为人知的是,Qorvo已经越来越多元化,在电源和电机领域,它的实力也很强劲。Qorvo为直流无刷电机和永磁同步电机提供最紧凑的解决方案,并具有最低系统待机功耗。Qorvo可编程电机控制及电源管理事业部总经理Larry Blackledge表示,随着消费者需要更节能、更小巧和更智能的互联互通电子产品,设计人员正在转而寻求基于联网的基础上更先进的可编程电源管理方案来实现这些目标。无刷直流电机具有免维护、使用寿命长、功率效率高和低噪运行的特点,因而得到广泛应用。除了电动和园艺工具之外,下一代系统将从有刷直流电机转向无刷直流电机,其中包括白色家电、HVAC系统、汽车、航空航天、国防和医疗设备。Qorvo为客户带来最新的用于直流无刷和永磁同步电机的集成式电源应用控制器PACTM-PAC5xxx产品组合,就是解决客户在电机上面临的这些难题,设计更前沿的电机产品,提升核心竞争力。Larry Blackledge提到,除了电机解决方案,Qorvo在此基础上将射频、低功耗无线连接产品相结合的高效无线互联电机控制解决方案结合,充分发挥产品优势,让产品的性价比更高。

智能化的无刷电机更有市场竞争力

在直流无刷电机的设计里面,驱动器是由功率电子器件和芯片等构成,它的主要作用是接受电动机的启动、停止和制动信号等等,这样就可以实现对电机的控制。Larry Blackledge认为,无刷电机产品系列最核心的设计理念就是要有高智能度的外射控制,让客户基于这个平台可以实现更灵活性、更小型化、更高效的设计方案,所以Qorvo的产品无论对电池供电还是交流供电都进行了优化,从电源的管理、从内部的LDO设计,包括驱动电源部分的控制,Qorvo都专门进行了优化的处理。对马达驱动来讲最重要的是轮极驱动器,也叫栅极驱动器,在整个55系列M4平台上面,Qorvo集成了最高压600V,最低在6磁的栅极驱动器,它的驱动电流可以从250毫安,最低的5527是智能可调节的驱动电流,那是通过软件来设定驱动能力,最低可以到70毫安,最高可以到2安培,根据客户系统的负载状况,包括选用的后端MOS或者IGP的参数特点来选择合适的驱动电流。

对于硬件而言,软件也很重要,对客户应用不可或缺,通过软件方式,也就是说Qorvo的PCP硬件设计可以应用于不同的后端功率期间的特性,而且还内设了2级死区保护,这样产品可以快速应用于各种设计,包括电动工具、园林工具、电信风扇、电池、车辆、无人机、通用电机系统应用。Larry Blackledge表示,现在大家看到的5556就是基于600V栅极驱动产品,就是通过交流200V输入,整合成直流之后可以应用于白色家电交流输入的各种应用场景系统解决方案。

无刷电机去除了电刷,这对于客户最好的一点是,没有了有刷电机运转时产生的电火花,减少了设备间干扰。除此之外,无刷电机的编程特性也更符合市场潮流,由于省去了很多的零部件,无刷电机可以有更多的空间实现智能化。在利用功率组件进行频率切换和运动控制等方面,Qorvo有着强大的实力和丰富的经验,这也是一大核心竞争力。“Qorvo的PAC系列产品是经过完全优化、高度集成的片上系统,Qorvo在一个小型QFN封装中集成了基于ARM核的32位高性能MCU、6V-600V栅极驱动器、600V DC/DC和高性能模拟前端,PACTM实现了最小的系统占用空间,大缩缩减了物料清单,并降低了系统成本。从而创建有助于符合效率和能源之星要求的紧凑高效型解决方案。”Qorvo可编程电机控制及电源管理事业部总经理Larry Blackledge这样说道。

多元的产品组合让Qorvo顶住压力,砥砺前行

尽管面临中美贸易战的挑战,但在过去几个季度已经证明了Qorvo多元产品和技术组合的价值,实现了强劲的收益和自由现金流。2019年11月,Qorvo公布了2020财年中报,公告显示,Qorvo营业收入为15.82亿美元,其中归属于母公司普通股股东净利润为1.23亿美元,在这样的市场情形下,Qorvo顶住压力,实现多元化发展,成绩还是不错的。Larry Blackledge对媒体记者表示,在巩固已有市场领导地位的同时,Qorvo利用已有的技术、客户以及服务平台,通过收购Active半导体公司进入了电源管理和电机控制市场,取得了1+1大于2的效果,为用户提供在射频、物联网等领域的整体解决方案,也已取得了两位数的业绩增长。作为一家有深厚底蕴的半导体企业,Qorvo一直服务于多元化市场的广泛客户群,包括居于市场领导地位的RF技术所应用的智能手机、国防和航空产品、基础设施、Wi-Fi和众多物联网等领域。

除了拥有多元化的技术,包括高性能有源和无源技术,功率放大器,开关和滤波器模块的移动设备,网络基础设施等等,Qorvo的创新能力非常厉害。这体现在它们对先进技术的研究和在恰当时间推出最好的产品,给市场活力。如最火的氮化镓、体声波技术等,这些都是很前沿的。而Qorvo推出具有突破性的集成水平和性能的控制器产品,被誉为市场上性能最强大的新型电源应用控制器,为市场带来了一股新势力。Qorvo亚太区销售VP Charles Wong提到,通过Qorvo的高性能MCU,设计人员能够增添其他增值功能,如安全标准、诊断和自检功能,从而增强整个系统的可靠性,消费者也将从更轻、更紧凑、更可靠且具有较长电池寿命的电子设备中受益,新型电源应用控制器可将BOM成本缩减30%。目前,直流无刷电机正在为全球领先的大型白色家电品以及园林电动工具品牌提供出色的解决方案,该系列与Qorvo的低功耗无线连接产品、无线Bluetooth  Low Energy方案相融合使用时,可提供更智能和更利利的物联网应用方案。


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