特斯拉Model 3电机控制器硬件分析与Model X前驱驱动部分硬件对比

1年前浏览3813

本文由王晓伟授权本公众号发布
转载请获得原作者许可

新能源电动汽车的拆解一直都是大家感兴趣的，网上也有各种拆解分析，但是对硬件这块的分析还是很少的，可能对我们做技术的来说，没有什么好分解的，大的框架大家都很清楚，对于汽车行业非技术人员来说，技术更加复杂，很难分析清楚，本文也是基于一些拍摄的图片简单分析，供参考，有什么不足之处还请大家多提宝贵意见，大家共同学习进步。

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、多多指教，谢谢。

Model 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。

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。

驱动控制一体板

Model 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，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。

▲驱动控制一体板

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。

▲TMS320F28377DPTPQ功能框图

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。

▲TLF35584功能框图

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。

▲旋变解码电路

驱动电源电路

▲电源电路

▲反激变压器

▲VGT22EPC-200S6A12变压器图纸

母线电压采样

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。

▲ACPL-C87(A)BT典型应用

驱动电路

Model 3 采用的是同步电机+SiC功率模块方案，Model X 采用的是感应电机+分立IGBT的方案。

Model X 前驱是分立IGBT器件在电动汽车主电驱应用的经典案例，叠层母排的巧妙应用，也是国内各大电机电控供应商研究和分析的重点，18年IGBT模块的涨价和缺货，也让更多的电机电控供应商去研究分立IGBT的应用，同时国内供应商也推出了一些40KW，70KW，80KW等一些应用于A0车分立器件电驱动系统。

随着Model 3的上市，全SiC功率器件在主电驱上的应用也成为研究的对象。

整体布局

在整体布局上，Model 3相对于Model X设计更紧凑，一块PCB集成了控制和驱动部分，减少了连接器的使用，在结构更紧凑的同时，节约了连接器的成本。

▲Model 3电控整体布局

▲Model 3 电控部分

▲Model X前驱布局

DSP部分

首先，从主驱的大脑DSP开始分析：

在Model X中采用了DSP+FPGA的控制方式，DSP有两块，都采用TI公司的，其中一块采用的是32位单核无浮点的TMS320F2811PBKQ 芯片，另一块采用的是TMS320F28035PAGQ；FPGA采用 ACTE 的A3P125VQG100 ，DSP+FPGA芯片配合使用，确保系统的稳定可靠性。

在Model 3中采用了单DSP的控制方式，DSP采用了TI公司的TMS320F28377DPTPQ，一款高性能TMS320C28x系列32位浮点双核DSP处理器。

对比两种方案，双核DSP相对于单核DSP+FPGA的硬件方案，价格上会有一定的优势，但优势不大，软件的设计上也有更大优势，PCB上的空间布局上也更有优势，2811和28377在性能上差别更大。

下图是Model X和Model 3的PCB图片，其中在Model X的PCB中，晶振旁边的芯片为DSP。

▲Model 3控制驱动一体板

▲Model X控制板

旋变部分

Model 3和Model X旋变部分区别很大，Model 3上没有使用解码芯片，采用的软解码；Model X前驱采用的是感应电机，但转速这块怎么处理的，没有找到相关资料。

Model 3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。

Model X前驱电机，只有一个端盖，没有查到相关资料，等查到相关资料再补上。但控制板上还有一片TI的DSP芯片TMS320F28035PAGQ，不知道作何使用，有感兴趣的可以补充一下，谢谢！

▲Model 3旋变电路

▲Model X前驱电机端盖

DSP供电电源

Model X上DSP和FPGA供电电路，DCDC芯片相对于TLF35584的功能简单，猜测应该是TI公司的TPS78650，最大输出1A电流，也是TI为2811系列推荐的电源DCDC芯片。

先上几张Model X的驱动板和控制板的图片。

驱动板和控制板完整图片

▲控制板正面

▲控制板反面

▲驱动板正面

▲驱动板反面

驱动电源电路

Model 3和Model X的驱动电源电路从图上看，采用的是相同的方案，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，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。

PWM控制器采用的UC28XX系列的芯片。从元器件上分析，电源部分做了短路保护，图中白色的采样电阻。

不同之处是续流二极管的封装和型号不同，Model 3的续流二极管的封装更大，耐电流能力更强，Model3 的驱动部分电源的功率更大，这也与两个系统使用的驱动芯片的输出电流大小不一样有关系。

▲Model 3电源电路

▲Model X电源电路

▲Model X变压器

▲VGT22EPC-200S6A12变压器图纸

驱动电路

Model 3中驱动芯片采用的是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。