Qorvo推出用于20节电池系统的单片管理IC

本周，嵌入式世界2023贸易展将于3月14日至16日在德国纽伦堡举行，可以说是嵌入式技术领域最重要的行业盛会。本周，我们开始了对嵌入式世界的报道，Qorvo宣布了其声称的业界第一对用于20多个电池组的单芯片控制器设备，最多可串联20个电池。

 

PAC22140和PAC25140电池管理控制器适用于各种工业、电子交通和电池备份设计。

 

在这篇文章中，我们着眼于推动对PAC22140和PAC25140这两种设备需求的趋势，着眼于芯片的关键功能，并分享了我们采访Qorvo高管、高级产品线经理Brian McCarthy和产品开发经理John Carpenter时的见解。

 

远离内燃机的转变

麦卡锡表示，这些新设备符合该公司的历史，可以追溯到2019年Qorvo收购Active Semiconductor之前。有源半导体的PAC（电源应用控制器）产品线为电机控制提供集成微控制器（MCU）智能。在Qorvo的时代，这条电机控制器生产线一直在继续，生产了30多种IC产品。

 

在电池技术进步和政府法规的推动下，工业消费设备正在转向电池驱动的发动机。

 

现在，Qorvo正在将同样的想法引入电池管理领域。虽然当今行业中的许多电池管理技术讨论都集中在汽车电池上，但Qorvo的目标是在大型草坪设备、电动汽车、电池备份设备和其他类似规模的系统等不同领域实现电气化。

麦卡锡说：“我们真的开始关注电机技术的这些趋势，从内燃机转向无刷直流电机。”。“与此同时，所有的交流和燃气系统都转向了电池供电。”麦卡蒂还指出了关键的行业趋势，如电池技术和政府法规的进步。他说：“例如，在加利福尼亚州，该州正朝着禁止大型草坪设备使用内燃机的方向发展。”。

麦卡锡说：“如果你看看非汽车领域，我们会看到这种向更高电压电池组发展的趋势。”。“虽然在汽车领域有400伏和800伏的电池，但在我们所说的工业消费者方面，你往往会看到20伏的电池组，但这些电池组正在增加到更高的电压。高性能设备正在转向电池供电，我们认为这对我们来说是一个机会。”

 

细胞平衡的重要性与日俱增

当涉及到电池管理时，电池单元平衡是难题中的一个关键部分。随着该行业转向更高的细胞计数，这个问题变得更加严重。Carpenter说：“随着细胞数量的增加，一个细胞与其他细胞不匹配的概率会增加。”。

他说：“对于5s电池，很多人最初没有进行电池平衡，因为他们可以很好地匹配电池，然后变化就不那么糟糕了。”。“但随着电池的生产转移到其他地方，电池之间的差异变得更大。制造差异加上更高的电池数量，这真的意味着你必须包括电池平衡。”

嵌入式MCU控制的智能是实现单元平衡的关键。“我们目前已经实现了一个简单的算法，”Carpenter说。“它基本上说，‘你想平衡多少个细胞？’我们允许其他细胞都保持平衡。所以，理论上，你可以同时平衡10个和20个细胞包。”

 

“固件可以处理它，随着设计演变出不同类型的平衡，你可以转向更复杂的算法，这些平衡都可以实现，都是数字控制的。”

 

MCU侧和模拟前端侧

除了具有Arm Cortex M0内核的PAC22140和具有Arm皮质M4F内核的PAC25140之外，这两款设备有很多相同的内部功能。这些设备分为数字MCU侧和模拟前端侧。

在模拟电池前端（ABFE）侧，可配置电源管理器可配置用于10s至20s的电池应用，范围从18V至180V。集成单元平衡FET驱动器支持10s至20 s的单元平衡。这两个器件都有两个16位∑-ΔADC，一个用于电流感测，另一个用于单元平衡。单电源145伏降压DC-DC控制器产生一个5伏系统轨道为设备供电。同时，集成电荷泵支持充电和放电FET驱动器。

 

PAC22140和PAC25140都分为数字MCU侧和模拟电池前端（ABFE）侧。

 

在数字MCU方面，PAC22140和PAC25140提供了一些不同的功能。基于5 MHz Arm Cortex M0的22140拥有一个10位2.5 MSPS SAR ADC，而基于150 MHz Arm皮质M4F的25140嵌入了一个12位2.5 MSPS SAR ADC。对于存储器，22140提供32 KB的闪存和8 KB的SRAM，而25140提供128 KB的闪存，32 KB的SRAM。这两种设备都提供UART、SPI和I2C/SMBus外围设备，但25140还增加了CAN总线。

PAC22140和PAC25140提供小于3µa的低功耗休眠模式。Qorvo表示，这可以通过按钮、定时器或充电器检测唤醒，实现长存储时间。

设备上的集成降压控制器有助于解决热问题。这是通过为系统提供高达225毫安的5伏稳压电源来实现的。集成的3.3伏LDO可提供高达90毫安的电源，为其他外围设备供电。模拟MUX连接到SAR ADC，以实现对内部节点的安全检查。

Qorvo表示，PAC22140目前正在批量生产，尺寸为9毫米×9毫米，60引脚QFN封装。与此同时，PAC25140正在取样，计划于2023年4月生产。22140封装在一个10毫米×10毫米、68引脚的QFN封装中。

Qorvo将于本周在其嵌入式世界4-578展位上展示这些产品。

 

所有图片均由Qorvo提供