来源 | 电动新视界

新能源电动汽车的拆解一直都是大家感兴趣的，网上也是有各种拆解分析，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。

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，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。在下一篇文章中，我将着重分一下Model X 前驱的结构上的设计，这一章分析特斯拉Model 3与Model X前驱硬件上的差别。

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。

图1Model 3电控整体布局

图2 Model 3 电控部分

图3 Model X前驱布局

DSP

首先，从主驱的大脑-DSP这里分析：

在Model X中采用了DSP+FPGA的控制方式，DSP采用 TI 公司的32位单核无浮点的TMS320F2811PBKQ 芯片，FPGA采用 ACTE 的 A3P125VQG100 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。

图4 Model 3控制驱动一体板

图5 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！

图6 Model 3旋变电路

图7 Model X前驱电机端盖

DSP供电电源

Model 3上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。

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。

母线电压采样

Model 3和ModelX采用相同的母线电压采样电路，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。

图8 ACPL-C87A\BT典型应用

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，Model 3 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。

图9 Model 3电源电路

图10 Model X电源电路

图11 Model X变压器

图12 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。

图13 Model 3 驱动电路

图14 STGAP1AS典型应用

Model X中采用的是英飞凌的磁隔离驱动芯片1ED02012FA2，驱动能力为2A，轨到轨输出，输入输出延时170ns，集成了米勒钳位、去饱和检测，故障信号输出等功能，同样采用了MOS管组成的图腾柱增强驱动能力，相对于增加了去饱和检测电路。

图15 Model X驱动电路

放电电路

Model 3和Model X采用的放电电路方案是主动放电电路，将母线电压引入放电电路的控制部分，通过光耦、MOS管和三极管组成的电流源组成整个放电电路的控制部分，但在电阻的选取上不一样。

Model 3上采用的是普通的贴片电阻，使用了50个贴片电阻。

图16 Model 3放电电路

对特斯拉Model X放电电阻采用的和Model 3一样的方案，同样采用50个贴片电阻进行串并联，不同之处在于，Model X放电电阻采用的是单独的小板，通过连接器与控制板相连接，为了达到更好的散热效果，放电电阻通过导热硅胶片与控制器机壳相连接。

结构上为了固定放电小板，特斯拉先将放电小板PCB嵌入到塑料件中，再用金属件将塑料件一起固定在控制器机壳壁上。

图17 Model X放电板

图18 Model X放电板

母线电容

Model 3的母线电容没有找到图片，电容的信息被覆盖，只能在电容上找到SH 550+0.68+0.68uF，430VDC，根据这个信息，猜测电容使用的是430VDC，550uF的薄膜电容，内部集成两个0.68uF的Y电容。

图19 Model 3母线电容信息

Model X的母线电容采用的是松下的650V，220uF的薄膜定制电容。SH代表自愈式电容，SH为Self Healing的缩写。

图20 Model X母线电容

根据百度百科定义：

自愈式电容器采用单层聚丙烯膜做为介质，表面蒸镀了一层薄金属作为导电电极。当施加过高的电压时，聚丙烯膜电弱点被击穿，击穿点阻抗明显降低，流过的电流密度急剧增大，使金属化镀层产生高热，击穿点周围的金属导体迅速蒸发逸散，形成金属镀层空白区，击穿点自动恢复绝缘。因此,这种可以自动恢复的电容,即称为所谓自愈式电容器。

自愈过程：

电容器在外施电压作用下，由于介质中的杂质或气隙等弱点的存在或发展引起介质击穿形成导通电路；接着在导通电路处附近很小范围内的金属层中流过一个前沿很陡的脉冲电流。邻近击穿点处金属层上的电流突然上升，按其离击穿点的距离而成反比分布。在顺时刻t，半径为Rt的区域内金属层的温度达到金属的熔点，于是在此范围内的金属熔化并产生电弧。该电流引起电容能量释放，在弧道局部区域温度突然升高，压力突然增大。

随着放电能量的作用，半径为Rt的区域内金属层剧烈蒸发并伴随喷溅。在该区域半径增大的过程中电弧被拉断，金属被吹散并受到氧化与冷却，破坏了导电通路，在介质表面形成一个以击穿点为中心的失掉金属层的圆形绝缘区域。电容器的自愈过程结束。

图21 松下HEV/EV定制电容资料