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特斯拉Model3电机控制器硬件分析
2019-05-16 新能源电动汽车技术
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据一些资料显示Model 3 车已经进入国内,相信很快就会有一些更清楚的照片和更详细的分析报告面世,今天我结合一些资料,简单分析一下Model 3 电机控制器硬件的一些设计,由于本人水平有限,难免会出现一些错误,还请各位大神指正这也是我公众号的第一篇原创文章,还请大家多多关注,多多指教,谢谢。

亚太真人娱乐appModel 3电机控制器是第一款采用全SiC功率模块的电机控制器,据一些国外的土豪拆解分析,SiC功率器件采用的是ST公司的GK026,但这个SiC功率器件的参数还是未知数。

亚太真人娱乐app现就根据一些不太清楚的图片和一些流出来的芯片的型号分析一下Model 3 Inverter。

 一、驱动控制一体板 

亚太真人娱乐appModel 3 Inverter将驱动部分和控制部分设计在一块板上,这样的优点:其一缩短了驱动信号的走线长度,减弱驱动信号的干扰;其二是,减少接插件的使用,节约成本。当时第一眼看到这块板的时候,真的是又惊喜又意外,因为我们做的一个70KW的电机控制器的项目也是用的类似方案,只是我们使用的是单管TO-247的IGBT封装,现在手里的案子也是这种构造,但使用现在市面上的单管IGBT研发控制器功率在40KW以上,也只有这一种封装更适合。

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驱动控制一体板

 二、DSP 

控制部分的DSP采用的是TI的TMS320F28377DPTPQ,一款高性能TMS320C28x系列32位浮点双核DSP处理器,最高频率200MHz,具体的参数TI官网上有相应资料,感兴趣的可以自行去下载。下图为DSP的功能框图。

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TMS320F28377DPTPQ功能框图

 三、DSP供电电源 

DSP供电电源采用的是英飞凌的DCDC芯片TLF35584,它是一款多输出系统电源,适用于安全相关应用,通过在宽输入电压范围内高效灵活的前/后稳压器概念为DSP提供3.3V供电。宽开关频率范围允许在小型滤波器组件的效率和使用方面进行优化。专用参考稳压器为ADC提供独立于DSP载荷步,并作为2个独立传感器电源的跟踪源。灵活的状态机,包括计时器的唤醒概念和备用调节器有利于在众多应用中使用。多种安全功能可以与各种微控制器一起轻松实现ASIL-D。具有过压、欠压监控,灵活的看门狗,差错监控、带2输出的安全状态监控器和内置自检功能。

  在研发中我们一般采用英飞凌Aurix系列TC275单片机和TLF35584芯片设计以满足ASIL-D的功能安全要求。根据以往经验,同等的DSP,英飞凌的相对于TI的价格相对来说会更贵一些。特斯拉model X也采用的都是TI的DSP,更可能的是一种平台的延续。

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TLF35584功能框图

 四、旋变解码部分 

现有资料驱动控制板只能看到单面,但根据一般的布板,一般不会将芯片布置在板子的两面,在Model 3的驱动控制一体板上并没有找到旋变解码芯片,推测在Model 3控制器上,特斯拉省去了旋变解码芯片,使用DSP进行软解码,节省成本。励磁电路的运放采用的是ON的TCA0372,输出电流达到1A,并且原来的项目对此运放做过测试,励磁信号对地和对电源短路,此运放都能够进行保护,不会对电路造成损害。图中16脚芯片为运放。

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 五、驱动电源电路 

Model 3 驱动电源电路采用的是常用的反激电路,反激变压器采用的是TDK的VGT系列变压器,型号为:VGT22EPC-222S6A12,VGT系列变压器为TDK专门为IGBT驱动设计的变压器,在特斯拉以往车型的逆变器上有类似(相同)方案。没有找到VGT22EPC-222S6A12的图纸,在TDK官网找到了VGT22EPC-200S6A12变压器图纸如下图。

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电源电路

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反激变压器

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VGT22EPC-200S6A12变压器图纸

  六、母线电压采样  

亚太真人娱乐app母线电压采样采用的是最常用的是AVAGO的ACPL-C87(A)BT,其中C87AT的精度为±1% ,C87BT的精度为±0.5%。典型应用如下图。

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亚太真人娱乐appACPL-C87(A)BT典型应用

 七、驱动电路 

亚太真人娱乐app驱动芯片采用的是ST的STGAP1AS,驱动能力为5A,输入输出传输延时为100ns,负压驱动能力,米勒钳位、去饱和检测、Vce钳位,SPI通信等功能,为了增强驱动能力采用MOS管组成的图腾柱增强驱动能力,并且根据元器件可以看出,驱动电路并不像驱动IGBT,没有有源钳位和去饱和检测电路,在相对于IGBT更高的驱动频率的SiC电路中,去饱和检测电路并不能起到保护作用,但驱动电路中也没有其他保护电路,猜测并没有在硬件上做短路保护功能。

      MOS管图腾柱电路放在SiC功率器件的背面,使驱动电路布线最短化,这一点在频率更高的SiC驱动电路设计中尤其重要。

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驱动电路


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