新能源電動汽車的拆解一直都是大家感興趣的，網(wǎng)上也有各種拆解分析，但是對硬件這塊的分析還是很少的，可能對我們做技術(shù)的來說，沒有什么好分解的，大的框架大家都很清楚，對于汽車行業(yè)非技術(shù)人員來說，技術(shù)更加復(fù)雜，很難分析清楚，本文也是基于一些拍攝的圖片簡單分析，供參考，有什么不足之處還請大家多提寶貴意見，大家共同學(xué)習(xí)進步。 據(jù)一些資料顯示Model 3 車已經(jīng)進入國內(nèi)，相信很快就會有一些更清楚的照片和更詳細的分析報告面世，今天我結(jié)合一些資料，簡單分析一下Model 3 電機控制器硬件的一些設(shè)計，由于本人水平有限，難免會出現(xiàn)一些錯誤，還請各位大神指正、多多指教，謝謝。 Model 3電機控制器是第一款采用全SiC功率模塊的電機控制器，據(jù)一些國外的土豪拆解分析，SiC功率器件采用的是ST公司的GK026，但這個SiC功率器件的參數(shù)還是未知數(shù)。 現(xiàn)就根據(jù)一些不太清楚的圖片和一些流出來的芯片的型號分析一下Model 3 Inverter。 驅(qū)動控制一體板 Model 3 Inverter將驅(qū)動部分和控制部分設(shè)計在一塊板上，這樣的優(yōu)點：
當(dāng)時第一眼看到這塊板的時候，真的是又驚喜又意外，因為我們做的一個70KW的電機控制器的項目也是用的類似方案，只是我們使用的是單管TO-247的IGBT封裝，現(xiàn)在手里的案子也是這種構(gòu)造，但使用現(xiàn)在市面上的單管IGBT研發(fā)控制器功率在40KW以上，也只有這一種封裝更適合。 ▲驅(qū)動控制一體板 DSP 控制部分的DSP采用的是TI的TMS320F28377DPTPQ，一款高性能TMS320C28x系列32位浮點雙核DSP處理器，最高頻率200MHz，具體的參數(shù)TI官網(wǎng)上有相應(yīng)資料，感興趣的可以自行去下載。 下圖為DSP的功能框圖。 ▲TMS320F28377DPTPQ功能框圖 DSP供電電源 DSP供電電源采用的是英飛凌的DCDC芯片TLF35584，它是一款多輸出系統(tǒng)電源，適用于安全相關(guān)應(yīng)用，通過在寬輸入電壓范圍內(nèi)高效靈活的前/后穩(wěn)壓器概念為DSP提供3.3V供電。 寬開關(guān)頻率范圍允許在小型濾波器組件的效率和使用方面進行優(yōu)化。專用參考穩(wěn)壓器為ADC提供獨立于DSP載荷步，并作為2個獨立傳感器電源的跟蹤源。靈活的狀態(tài)機，包括計時器的喚醒概念和備用調(diào)節(jié)器有利于在眾多應(yīng)用中使用。 多種安全功能可以與各種微控制器一起輕松實現(xiàn)ASIL-D。具有過壓、欠壓監(jiān)控，靈活的看門狗，差錯監(jiān)控、帶2輸出的安全狀態(tài)監(jiān)控器和內(nèi)置自檢功能。 在研發(fā)中我們一般采用英飛凌Aurix系列TC275單片機和TLF35584芯片設(shè)計以滿足ASIL-D的功能安全要求。根據(jù)以往經(jīng)驗，同等的DSP，英飛凌的相對于TI的價格相對來說會更貴一些。特斯拉model X也采用的都是TI的DSP，更可能的是一種平臺的延續(xù)。 ▲TLF35584功能框圖 旋變解碼部分 現(xiàn)有資料驅(qū)動控制板只能看到單面，但根據(jù)一般的布板，一般不會將芯片布置在板子的兩面，在Model 3的驅(qū)動控制一體板上并沒有找到旋變解碼芯片，推測在Model 3控制器上，特斯拉省去了旋變解碼芯片，使用DSP進行軟解碼，節(jié)省成本。 勵磁電路的運放采用的是ON的TCA0372，輸出電流達到1A，并且原來的項目對此運放做過測試，勵磁信號對地和對電源短路，此運放都能夠進行保護，不會對電路造成損害。 圖中16腳芯片為運放。 ▲旋變解碼電路 驅(qū)動電源電路 ▲電源電路 ▲反激變壓器 ▲VGT22EPC-200S6A12變壓器圖紙 母線電壓采樣 母線電壓采樣采用的是最常用的是AVAGO的ACPL-C87(A)BT，其中C87AT的精度為±1% ，C87BT的精度為±0.5%。 典型應(yīng)用如下圖。 ▲ACPL-C87(A)BT典型應(yīng)用 驅(qū)動電路 Model 3 采用的是同步電機+SiC功率模塊方案，Model X 采用的是感應(yīng)電機+分立IGBT的方案。 Model X 前驅(qū)是分立IGBT器件在電動汽車主電驅(qū)應(yīng)用的經(jīng)典案例，疊層母排的巧妙應(yīng)用，也是國內(nèi)各大電機電控供應(yīng)商研究和分析的重點，18年IGBT模塊的漲價和缺貨，也讓更多的電機電控供應(yīng)商去研究分立IGBT的應(yīng)用，同時國內(nèi)供應(yīng)商也推出了一些40KW，70KW，80KW等一些應(yīng)用于A0車分立器件電驅(qū)動系統(tǒng)。 隨著Model 3的上市，全SiC功率器件在主電驅(qū)上的應(yīng)用也成為研究的對象。 整體布局 在整體布局上，Model 3相對于Model X設(shè)計更緊湊，一塊PCB集成了控制和驅(qū)動部分，減少了連接器的使用，在結(jié)構(gòu)更緊湊的同時，節(jié)約了連接器的成本。 ▲Model 3電控整體布局 ▲Model 3 電控部分
▲Model X前驅(qū)布局 DSP部分 首先，從主驅(qū)的大腦DSP開始分析： 在Model X中采用了DSP+FPGA的控制方式，DSP有兩塊，都采用TI公司的，其中一塊采用的是32位單核無浮點的TMS320F2811PBKQ 芯片，另一塊采用的是TMS320F28035PAGQ；FPGA采用 ACTE 的A3P125VQG100 ，DSP+FPGA芯片配合使用， 確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性。 在Model 3中采用了單DSP的控制方式，DSP采用了TI公司的TMS320F28377DPTPQ，一款高性能TMS320C28x系列32位浮點雙核DSP處理器。 對比兩種方案，雙核DSP相對于單核DSP+FPGA的硬件方案，價格上會有一定的優(yōu)勢，但優(yōu)勢不大，軟件的設(shè)計上也有更大優(yōu)勢，PCB上的空間布局上也更有優(yōu)勢，2811和28377在性能上差別更大。 下圖是Model X和Model 3的PCB圖片，其中在Model X的PCB中，晶振旁邊的芯片為DSP。
▲Model 3控制驅(qū)動一體板
▲Model X控制板 旋變部分 Model 3和Model X旋變部分區(qū)別很大，Model 3上沒有使用解碼芯片，采用的軟解碼；Model X前驅(qū)采用的是感應(yīng)電機，但轉(zhuǎn)速這塊怎么處理的，沒有找到相關(guān)資料。 Model 3勵磁電路的運放采用的是ON的TCA0372，輸出電流達到1A，并且原來的項目對此運放做過測試，勵磁信號對地和對電源短路，此運放都能夠進行保護，不會對電路造成損害。 Model X前驅(qū)電機，只有一個端蓋，沒有查到相關(guān)資料，等查到相關(guān)資料再補上。但控制板上還有一片TI的DSP芯片TMS320F28035PAGQ，不知道作何使用，有感興趣的可以補充一下，謝謝！
▲Model 3旋變電路
▲Model X前驅(qū)電機端蓋 DSP供電電源 Model X上DSP和FPGA供電電路，DCDC芯片相對于TLF35584的功能簡單，猜測應(yīng)該是TI公司的TPS78650，最大輸出1A電流，也是TI為2811系列推薦的電源DCDC芯片。 先上幾張Model X的驅(qū)動板和控制板的圖片。 驅(qū)動板和控制板完整圖片
▲控制板正面
▲控制板反面
▲驅(qū)動板正面
▲驅(qū)動板反面 驅(qū)動電源電路 Model 3和Model X的驅(qū)動電源電路從圖上看，采用的是相同的方案，驅(qū)動電源電路采用的是常用的反激電路，反激變壓器采用的是TDK的VGT系列變壓器，型號為：VGT22EPC-222S6A12，VGT系列變壓器為TDK專門為IGBT驅(qū)動設(shè)計的變壓器，沒有找到VGT22EPC-222S6A12的圖紙，在TDK官網(wǎng)找到了VGT22EPC-200S6A12變壓器圖紙如下圖。 PWM控制器采用的UC28XX系列的芯片。從元器件上分析，電源部分做了短路保護，圖中白色的采樣電阻。 不同之處是續(xù)流二極管的封裝和型號不同，Model 3的續(xù)流二極管的封裝更大，耐電流能力更強，Model3 的驅(qū)動部分電源的功率更大，這也與兩個系統(tǒng)使用的驅(qū)動芯片的輸出電流大小不一樣有關(guān)系。
▲Model 3電源電路
▲Model X電源電路
▲Model X變壓器
▲VGT22EPC-200S6A12變壓器圖紙 驅(qū)動電路 Model 3中驅(qū)動芯片采用的是ST的STGAP1AS，驅(qū)動能力為5A，輸入輸出傳輸延時為100ns,負壓驅(qū)動能力，米勒鉗位、去飽和檢測、Vce鉗位，SPI通信等功能，為了增強驅(qū)動能力采用MOS管組成的圖騰柱增強驅(qū)動能力，并且根據(jù)元器件可以看出，驅(qū)動電路并不像驅(qū)動IGBT，沒有有源鉗位和去飽和檢測電路，在相對于IGBT更高的驅(qū)動頻率的SiC電路中，去飽和檢測電路并不能起到保護作用，但驅(qū)動電路中也沒有其他保護電路，猜測并沒有在硬件上做短路保護功能。 MOS管圖騰柱電路放在SiC功率器件的背面，使驅(qū)動電路布線最短化，這一點在頻率更高的SiC驅(qū)動電路設(shè)計中尤其重要。
▲Model 3 驅(qū)動電路
▲STGAP1AS典型應(yīng)用 Model X中采用的是英飛凌的磁隔離驅(qū)動芯片1ED02012FA2，驅(qū)動能力為2A，軌到軌輸出，輸入輸出延時170ns，集成了米勒鉗位、去飽和檢測，故障信號輸出等功能，同樣采用了MOS管組成的圖騰柱增強驅(qū)動能力，硬件設(shè)計中相對于Model 3增加了去飽和檢測電路。
▲Model X驅(qū)動電路 放電電路 Model 3和Model X采用的放電電路方案是主動放電電路，將母線電壓引入放電電路的控制部分，通過光耦、MOS管和三極管組成的電流源組成整個放電電路的控制部分，但在電阻的選取上不一樣。 Model 3上采用的是普通的貼片電阻，使用了50個貼片電阻。
▲Model 3放電電路 Model X前驅(qū)上可能大家都沒找到他的放電電阻，其實，在上面使用的是一個D2PAK的功率電阻，這個散熱功率比較大，所以PCB背面留了大面積鋪銅。下圖Q10即為放電電阻。
▲Model X放電電路 母線電容 Model 3的母線電容沒有找到圖片，電容的信息被覆蓋，只能在電容上找到SH 550+0.68+0.68uF，430VDC，根據(jù)這個信息，猜測電容使用的是430VDC，550uF的薄膜電容，內(nèi)部集成兩個0.68uF的Y電容。有資料的朋友可以幫忙補充一下，謝謝！
▲Model 3母線電容信息 Model X的母線電容采用的是TDK的650V，220uF的薄膜定制電容。
▲Model X母線電容 本文素材來源于公眾號：新能源電動汽車技術(shù) |
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