新能源汽車“大三電”之電機控制器的解析

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

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

從功能上來講，新能源電動汽車控制器將新能源電動汽車動力電池的直流電轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電機的交流電，通過通訊系統(tǒng)與整車控制器進行通訊，控制車輛所需的速度和動力。

從外往內(nèi)分析，第一步：從外觀看，電機控制器就是一個鋁盒子，一個低壓連接器，一個兩個孔組成的高壓母線連接器，一個三個孔組成的與電機相連的三相連接器（多合一連接器沒有三相連接器），一個或者多個透氣閥和兩個水道進出水口。鋁盒子上面，一般設(shè)計有兩個蓋板，其中一個大蓋板，一個接線蓋板，大蓋板可以將控制器完全打開，接線蓋板，是接控制器母線連接器和三相連接器時使用。如圖示，以奧迪e－tron三合一動力總成為例：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：包括電機控制器的低壓電源和低壓信號：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，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：與電機的旋轉(zhuǎn)變壓器相連接，負(fù)責(zé)檢測電機的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)變壓器裝在電機端；部分DI和DO，根據(jù)不同的客戶需求進行預(yù)留。

高壓母線連接器：與動力電池相連。

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：

控制器打開蓋子，就是整個電機控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)件和電子組件，一些控制器，打開蓋子的時候會根據(jù)客戶的需求，在接線蓋板處放置開蓋保護開關(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濾波板組成一個模組，有利于自動化生產(chǎn)，即使不用自動化生產(chǎn)線也能提高工人的裝配進度。

母線電容，控制板，驅(qū)動板，轉(zhuǎn)接板，IGBT和放電電阻；有些電機控制器會將控制板、驅(qū)動板、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板，如特斯拉Model3整個電控只有一塊板。黃色部分為驅(qū)動部分，相當(dāng)于多個板的驅(qū)動板，紅色部分為控制部分，相當(dāng)于多個板的控制板，藍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三合一動力總成控制部分開蓋爆炸圖：

如下圖：奧迪e－tron三合一動力總成控制部分內(nèi)部爆炸圖：（1）驅(qū)動板，（2）驅(qū)動板支架，（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，不知道哪個是正負(fù)，（13）進水口蓋板，（14）控制板，（15）電容引腳焊接點，（16）IGBT中間四引腳焊接點，（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，外形會有不同。

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，還有一個會使用到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，這個容易與旋變電路混肴，我們可以通過判斷附近的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)沒有推挽電路。

各種采樣電路：不能直接判斷。

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

驅(qū)動電源：以變壓器為標(biāo)志，不同的方案會有不同的設(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，3個，2個和1個的區(qū)別，6個變壓器，三相上下橋各有一個變壓器，各個橋臂上下橋各一個電源，3個變壓器，每一相一個變壓器，2個變壓器，一般會是上橋一個變壓器，下橋一個變壓器，1個變壓器是一個變壓器扮演2個，3個和6個變壓器的作用。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高壓采樣電阻和隔離運放，高壓采樣電阻一般會采用1206或者更大封裝，隔離運放以安華高的C87A／BT為主。

驅(qū)動電路：驅(qū)動電路是將DSP輸出的驅(qū)動信號經(jīng)過隔離芯片將驅(qū)動信號帶載能力加強，驅(qū)動IGBT，并將故障信號送到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。