特斯拉Model 3电控硬件详细分析
这篇文章将通过Model 3的控制驱动一体板的电路布局已经所使用的IC进行简单分析,希望对各位的电路设计会有帮助。
Model 3由一块PCB完成了我们电机控制器常见的设计:控制板,驱动板和转接板的设计,这种控制板、驱动板和转接板一体化的设计也是现在设计发展的一个方向,优点是:
1、采用一体化设计减少了接插件和连接器的使用,在电机控制器中低压接插件、连接器和线束一起,是一笔很高的成本,几乎是仅次于IGBT和母线电容的第二高的高价物料;
2、一体化设计,没有了线束的连接,对于电机控制器的EMC的设计也是有益的,减少了传导的途径;
3、一体化设计,减少了物料的种类,PCB由两到三块降低为一块,更有理由自动化生产。
缺点是:
对于线路的布局、低压连接器的出线方式、母线铜排和三相铜排的设计有了更大的挑战。
线路上的布局:将控制板和驱动板布局在一个板子上,首先要考虑高低压的隔离和IGBT开关对控制部分的影响。
低压连接器的出现方式,特斯拉是控制器配合自己的整车设计,没有这方面的考虑,但对于零配件厂商来说,一款控制器需要匹配不同的车企,每日一个车企对出现方式要求不一样。
母线铜排和三相铜排:首先要将高低压分开,高压铜排远离低压控制这一块设计,零配件厂商更多的使用的是标准化封装模块,对于出线这一块没有太大的发挥空间,一体化设计对于铜排的走线是一个很大的挑战。
先看一下一体板的正反面:包括了控制部分电路,驱动部分电路,对外低压连接器,三相电流霍尔传感器、三路IGBT温度采样和母线放电电阻。
板子整体来看:整块板子有很明显的隔离带,将高压部分和低压部分分开,将六个桥臂很明显的分开;EMC处理,板子四周将电源地和PE地通过多个螺丝孔与控制器外壳连接,在板子的两侧各留2个Y电容预留空间。
控制电路部分包括:
CAN电路-U12、U13
LIN电路-U14
旋变解码电路-U26
DSP电路-U2
DSP电源-U4
EEPROM电路-U15
PWM关断电路-U3
驱动电源-U8、T1
母线电压采样-U31
高压取电
放电电阻
其中驱动电源等一些驱动部分电路放在控制部分是因为,电路的初级需要控制部分供电,所以也将这部分电路列到控制电路部分。
两路CAN通讯一路LIN通讯:两路CAN通讯芯片分别位于板子的正反买面U12和U13,其中U12和U13型号为:TI公司的CAN芯片,型号为:SN65HVD1040A-Q1 EMC-Optimized High-Speed CANTransceiver;U14为NXP公司的LIN芯片:型号为:TJA1021。
旋变解码电路:旋变解码采用的是软件解码,调制电路使用的是ON公司的双电源1A输出的运放U26,型号为:TCA0372DWG。
DSP电路:DSP采用的是TI公司的DSP芯片,U2,型号为:TMS320F28377DPTP的DSP芯片,芯片的具体资料参考数据手册。
DSP电源:特斯拉没有使用TI公司为自己相对应的DSP设计的电源芯片,而是采用英飞凌的电源芯片,U4,型号为:TLF35584。
驱动电源电路:驱动电源采用的是反激电源设计,采用的TI的设计方案:TPS40210-Q1,U8,变压器采用的是TDK的,下桥共用一个驱动电源。
高压取电:
驱动部分电路:
驱动部分电路采用的是ST的驱动方案:驱动芯片型号为:STGAP1AS,驱动能力为5A,两个推挽管的型号,只找到了一个:为ST公司的MOS管STD45P4LLF6A,SIC MOSFET为ST公司为特斯拉封装的,型号为:SCTHS250N65G2AG,相关Datasheet已经上传至知识星球。
MOSFET温度采样电路:采用的0603的热敏电阻,单独做了一个小板,并且为这块小板开了模,设计了塑料支架。
霍尔电路:电流霍尔传感器采用的是定制的,采集两相电流。
低压连接器:低压连接器做的比较胆大,采用的很长的三排排针,并且在没有对插外面连接器的时候不防水。
放电电阻:采用50个202电阻
