新能源電動(dòng)汽車中電機(jī)控制器的組成及功能實(shí)現(xiàn)分析

新能源電動(dòng)汽車由“大三電”和“小三電”之分，大三電包括：動(dòng)力電池、電機(jī)和電機(jī)控制器；小三電包括：電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向，電動(dòng)空調(diào)和電動(dòng)助力。今天我們就來(lái)談一下大三電中的電機(jī)控制器。

從定義上來(lái)講，依據(jù)GB／T18488．1－2015《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)第1部分：技術(shù)條件》，電機(jī)控制器：控制動(dòng)力電源與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置，由控制信號(hào)接口電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。

從功能上來(lái)講，新能源電動(dòng)汽車控制器將新能源電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的直流電轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)電機(jī)的交流電，通過(guò)通訊系統(tǒng)與整車控制器進(jìn)行通訊，控制車輛所需的速度和動(dòng)力。

從外往內(nèi)分析，第一步：從外觀看，電機(jī)控制器就是一個(gè)鋁盒子，一個(gè)低壓連接器，一個(gè)兩個(gè)孔組成的高壓母線連接器，一個(gè)三個(gè)孔組成的與電機(jī)相連的三相連接器（多合一連接器沒(méi)有三相連接器），一個(gè)或者多個(gè)透氣閥和兩個(gè)水道進(jìn)出水口。鋁盒子上面，一般設(shè)計(jì)有兩個(gè)蓋板，其中一個(gè)大蓋板，一個(gè)接線蓋板，大蓋板可以將控制器完全打開(kāi)，接線蓋板，是接控制器母線連接器和三相連接器時(shí)使用。如圖示，以?shī)W迪e－tron三合一動(dòng)力總成為例：1為低壓連接器，2為高壓母線連接器接口，3為防水透氣閥。

低壓連接器：包括電機(jī)控制器的低壓電源和低壓信號(hào)：低壓電源，乘用車以12V為常用，商用車以24V為常用，與車輛小蓄電池相連；CAN信號(hào)，包括整車CAN與內(nèi)部CAN網(wǎng)絡(luò)，一般有兩路或更多；旋變信號(hào)：與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器相連接，負(fù)責(zé)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)變壓器裝在電機(jī)端；部分DI和DO，根據(jù)不同的客戶需求進(jìn)行預(yù)留。

高壓母線連接器：與動(dòng)力電池相連。

防水透氣閥：防止控制器內(nèi)形成水汽和結(jié)露等。

看完了外部，我們看一下內(nèi)部：

控制器打開(kāi)蓋子，就是整個(gè)電機(jī)控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和電子組件，一些控制器，打開(kāi)蓋子的時(shí)候會(huì)根據(jù)客戶的需求，在接線蓋板處放置開(kāi)蓋保護(hù)開(kāi)關(guān)。

內(nèi)部主要包括：三相銅排、母線銅排，銅排支撐架，三相和母線接線支架，EMC濾波板，母線電容，控制板，驅(qū)動(dòng)板，轉(zhuǎn)接板，IGBT，電流傳感器，EMC磁環(huán)和放電電阻等。

三相銅排、母線銅排，銅排支撐架，三相和母線接線支架，EMC磁環(huán)和EMC濾波板；現(xiàn)在更多的將三相銅排、母線銅排，銅排支撐架，三相和母線接線支架，EMC磁環(huán)和EMC濾波板組成一個(gè)模組，有利于自動(dòng)化生產(chǎn)，即使不用自動(dòng)化生產(chǎn)線也能提高工人的裝配進(jìn)度。

母線電容，控制板，驅(qū)動(dòng)板，轉(zhuǎn)接板，IGBT和放電電阻；有些電機(jī)控制器會(huì)將控制板、驅(qū)動(dòng)板、轉(zhuǎn)接板和放電電阻做在一起，或者將轉(zhuǎn)接板與控制板做成一個(gè)板，如特斯拉Model3整個(gè)電控只有一塊板。黃色部分為驅(qū)動(dòng)部分，相當(dāng)于多個(gè)板的驅(qū)動(dòng)板，紅色部分為控制部分，相當(dāng)于多個(gè)板的控制板，藍(lán)色部分為放電電阻部分，省去轉(zhuǎn)接板也能節(jié)省一些成本，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)以控制板和轉(zhuǎn)接板合二為一的居多。

如下圖：奧迪e－tron三合一動(dòng)力總成控制部分開(kāi)蓋爆炸圖：

如下圖：奧迪e－tron三合一動(dòng)力總成控制部分內(nèi)部爆炸圖：（1）驅(qū)動(dòng)板，（2）驅(qū)動(dòng)板支架，（3）高壓母線采樣線束，（4）三相輸出疊層銅排，（5）三相銅排，（6）母線一體霍爾，（7）日立雙面水冷IGBT模塊，（8）疊層母排，（9）出水口蓋板，（10）IGBT冷卻水道，（11）母線電容，（12）正（或者負(fù)）母排，不知道哪個(gè)是正負(fù)，（13）進(jìn)水口蓋板，（14）控制板，（15）電容引腳焊接點(diǎn)，（16）IGBT中間四引腳焊接點(diǎn)，（17）IGBT粗引腳焊接處，（18）IGBT水道另一端蓋板。

不同的廠家的控制器會(huì)有不同，但基本上包括了以上所有部件，只是不同的廠家或者型號(hào)，外形會(huì)有不同。

控制板分析：控制板主要包括：電源電路、控制芯片，CAN網(wǎng)絡(luò)，旋變電路和各種采樣電路。

電源電路：電源電路主要將12V或者24V電轉(zhuǎn)變成DSP和部分電路所需的電壓，標(biāo)志以變壓器，電解電容，大體積瓷片電容，大體積電感，粗走線為標(biāo)志，一般采用的方案：英飛凌的DSP一般采用英飛凌的電源芯片，部分采用英飛凌的TLF35584；TI的DSP一般采用TI的DSP所推薦的電源芯片。

控制芯片常用DSP，一般為板子上最大的芯片，還有一個(gè)會(huì)使用到FPGA和CPLD與DSP一起使用，常用DSP芯片為英飛凌和TI的，部分低端車型也是用意法半導(dǎo)體的。

CAN網(wǎng)路：以小共模電感為標(biāo)志，這個(gè)容易與旋變電路混肴，我們可以通過(guò)判斷附近的IC判斷是否為CAN網(wǎng)絡(luò)。

旋變電路：硬件解碼電路以旋變解碼芯片為標(biāo)志，芯片以ADI的12XX系列芯片為主，如果是軟件解碼，以小共模電感和推挽電路為標(biāo)志，容易與CAN網(wǎng)絡(luò)混肴，CAN網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有推挽電路。

各種采樣電路：不能直接判斷。

驅(qū)動(dòng)板分析：驅(qū)動(dòng)板上有高壓部分和低壓部分，板子上會(huì)有明顯的隔離帶，驅(qū)動(dòng)部分包括：驅(qū)動(dòng)電源、高壓采樣和驅(qū)動(dòng)電路。

驅(qū)動(dòng)電源：以變壓器為標(biāo)志，不同的方案會(huì)有不同的設(shè)置方案，一般有反激電源、正激電源和半橋電源，變壓器有6個(gè)，3個(gè)，2個(gè)和1個(gè)的區(qū)別，6個(gè)變壓器，三相上下橋各有一個(gè)變壓器，各個(gè)橋臂上下橋各一個(gè)電源，3個(gè)變壓器，每一相一個(gè)變壓器，2個(gè)變壓器，一般會(huì)是上橋一個(gè)變壓器，下橋一個(gè)變壓器，1個(gè)變壓器是一個(gè)變壓器扮演2個(gè)，3個(gè)和6個(gè)變壓器的作用。其中變壓器越多越有利于PCB布線。

高壓采樣：高壓采樣電路包括多個(gè)高壓采樣電阻和隔離運(yùn)放，高壓采樣電阻一般會(huì)采用1206或者更大封裝，隔離運(yùn)放以安華高的C87A／BT為主。

驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路是將DSP輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離芯片將驅(qū)動(dòng)信號(hào)帶載能力加強(qiáng)，驅(qū)動(dòng)IGBT，并將故障信號(hào)送到DSP，隔離方式主要有磁隔離、容隔離和光電隔離，我們常用的為磁隔離和容隔離。帶載能力各不相同，一般后面加推挽電路，現(xiàn)在也有一些更大帶載能力的芯片可供使用。

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