Model 3电机控制器硬件分析

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。

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，具体型号为：SCSTH250N65G2AG，封装为：STPAK，SIC功率模块的Datasheet还没有完全公开。

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。

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。

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。

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-C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。

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。

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。

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。

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。

特斯拉Model 3的上市，一些新技术的应用，让无数工程师眼前一亮，更多的是眼睛发光，比如我，无奈，只能零零星星的查一些资料，也要费劲九牛二虎之力。

首先我们看一份专利特斯拉2018年的一份专利申请与2016年：US 2018 / 0114740 A1《INVERTER》。

描述：A transistor package comprising : a substrate ; a first transis tor in thermal contact with the substrate , wherein the tran sistor comprises a gate ; the substrate sintered to a heat sink through a sintered layer ; an encapsulant that at least partially encapsulates the first transistor ; and a Kelvin connection to the transistor gate .

从ST的一篇描述中，我们可以大致瞄一眼。从宣传中是可用的，具体什么时候上市，可能不会太慢，有意向的企业可以提前布局。

据麦姆斯咨询报道，作为电动汽车市场的先驱者，特斯拉（Tesla）的举动吸引了广泛的关注。特斯拉在Model 3车型中对碳化硅MOSFET的应用，是2018年功率半导体和碳化硅领域最引人注目的新闻之一。

APC为意法半导体开发了功率MOSFET封装，用于特斯拉Model 3的功率模块。早在2014年，Boschman Technologies就成为了第一家将工业烧结机引入市场的供应商。与主要材料供应商（例如Alpha、Heraeus和Kyocera）一起，APC率先推出了应用于汽车电力电子产品的加压烧结工艺。这使我们成为联合开发碳化硅MOSFET封装的首选合作伙伴。最初的探讨始于2015年，大部分原型产品的开发都是在2016年完成的。由于当时意法半导体没有完整的烧结生产基础设施，而且很多工艺当时非常新，因此预生产和发布的微调花了一段时间。

全文完~