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电动车控制器拆解:如何实现稳定运行?
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电动车控制器拆解:如何实现稳定运行?

2023-10-16 15:22:43 来源:半导体器件应用网 作者:廖正世 点击:13868

【哔哥哔特导读】本期Big-bit拆解将带来关于某品牌电动车控制器的产品拆解,该控制器采用了上海贝岭的功率MOSFET,让我们来看看它在产品中的作用和优势吧。

【前言】

电动自行车是我们日常生活中非常常见也是必不可少的交通工具之一。无论是送外卖的小哥还是需要解决地铁站到公司“最后一公里”的上班族,电动自行车凭借其快捷、方便的特性往往成为我们的不二之选。

电动车的核心构架非常的简单,车架、控制器、电池包和电机。电机影响着电动车的动力,电池包影响着电动车的续航,控制器则影响着我们的驾驶体验。 电动车控制器负责控制电机的启动、制动、速度、扭矩等功能,这些都是影响着电动车驾驶体验的关键因素。我们在骑电车时有时候会感觉到油门响应速度慢,或者爬坡无力等情况这些都是因为电动车控制器不够给力而造成的。

此外,电动车控制器也是电动车除了电池以外最容易坏的部分。因为电动车在工作状态下,功率MOSFET会有比较严重的发热,较大的温升将会降低整个控制器的寿命,严重的会出现失效的情况,更有甚者可能会出现所谓的“炸管”。

今天Big-bit将为大家带来某知名电动车控制器的产品拆解,深入了解其内部的结构以及关键的元器件,让我们一起来看看它是如何做到稳定运行的。

【主要元器件预览】

上海贝岭功率MOSFET BLP055N10

士兰微32位MCU SC32F5864

士兰微DC/DC电源转换器 SD4938

DIODES(达尔)线性稳压器AS78L05

【电动车控制器拆解】

产品拆解

电动车控制器正面图

产品拆解

电动车控制器背面

它的正面是由铝合金材质构成,方便散热,底部是塑料材质。

产品拆解

底部塑料盖和顶部的铝合金采用卡口设计,内部电路板由上下两部分组成。

产品拆解

接下来再将两层电路板拆开,仔细分析每层电路板上的关键元器件。

【第一层电路板拆解】

第一层电路板的主要元器件主要是功率MOSFET和电容。

产品拆解

功率MOSFET:

第二层电路板一共有18个MOSFET排列在电路板两侧,每侧9个。此MOSFET来自于上海贝岭,型号为BLP055N10,封装形式为TO-220,其导通电阻为4.8mΩ。

产品拆解

电动车控制器上的功率MOSFET

BLP055N10是N沟道增强型功率MOSFET,采用先进的双沟槽技术获得,可降低传导损耗,提高开关性能并增强雪崩能量。该器件适合电机驱动器和高速开关应用。

产品拆解

电动车控制器部分电路图(来源:上海贝岭工程师)

功率MOSFET主要在控制器的逆变电路中起作用,其通过自身的开关将电路中的直流电转换为交流电。上海贝岭的这颗MOSFET采用了SGT工艺,相较于传统的Trench (沟槽型)MOSFET,其有着更高的功率密度,更低的开关损耗,更高的抗雪崩能力。

其优势特点有:

快速切换

低导通电阻

低栅极电荷

低反向传输电容

高雪崩坚固性

RoHS产品

产品拆解

上海贝岭功率MOSFET产品文档

【第二层电路板拆解】

产品拆解

在第二层我们可以看到,包括有MCU、电容、稳压器、DC/DC电源转换器等元器件。

主控MCU:

此电动车控制器的主控MCU来自于士兰微,型号为SC32F5632(64),封装形式为LQFP-32-7×7-0.8。

产品拆解

电动车控制器上的主控MCU

SC32F5632(64)系列是专为电机控制及数字电源开发的高性能MCU,采用ARM Cortex-M0内核并内置Coproc协处理器,可有效加速电机矢量控制运算。片内集成了多路增强型 PWM ,12位精度的多通道ADC转换器及内置的高性能运算放大器,可在对电流精确控制的同时获得较高的性价比。ETIMER可实时捕获电机霍尔信号,精准转换为电机转子位置,非常适合电动两轮车控制系统的开发。

主控MCU在电动车控制器中的作用主要是接收电动车启动、加速、制动等指令,从电池中获取驱动电机所需要的电能,最终驱动电机使电机满足接收指令的速度和扭矩。

此产品还可应用在永磁同步电机(PMSM)控制器、直流无刷电机(BLDC)控制器、通用/专用变频器、交直流逆变器、数控电源等。

产品拆解

士兰微MCU产品文档

DC/DC电源转换器:

DC/DC电源转换器来自于士兰微,型号为:SD4938,封装形式为SOP-8-225-1.27。

产品拆解

电动车控制器上的DC/DC电源转换器

SD4398是用于开关电源的DC-DC电源转换器。其内置高压启动电路;在轻载下会进入打嗝模式,从而有效地降低系统的待机功耗;具有降频功能,进一步优化轻载条件下的转换效率;具有软启动功能,能够减小器件的应力,防止变压器饱和。

SD4938内部还集成了各种异常状态的保护功能,包括:VDD欠压保护、VDD过压保护、前沿消隐、输出过载保护、过流保护、过温保护等。触发保护后,电路会不断自动重启,直到系统正常为止。

DC/DC电源转换器的主要作用是降压,将母线的高电压转换到15V左右的低电压给驱动使用。

此产品还可应用在平衡轮、以太网供电、电动自行车、电动工具。

产品拆解

士兰微DC/DC电源转换器产品文档

稳压器:

线性稳压器来自于DIODES(达尔),型号为AS78L05,封装形式为TO92。

产品拆解

电动车控制器上的线性稳压器

AS78LXX 系列是三端子正稳压器,其设计有着广泛的应用范围,包括本地卡上稳压。该系列稳压器具有内部电流限制、热关断保护和安全区补偿功能,这使得它们几乎不受输出过载的影响。在良好的散热条件下可以提供高达100mA的输出电流。

此产品还可应用在消费类电子产品、MCU电源、主板。

产品拆解

达尔线性稳压器产品文档

电容:

产品拆解

此次拆解的电动车控制器的电容均来自于深绿电子,后续不再赘述。电容1型号为CD288H,共7颗,其额定电压100V,标定电容容量220μF,工作温度范围为-40℃~+105℃。

此产品还可应用在电动车控制器、充电器等开关电源。

电容2型号为BT,共3颗,其额定电压100V,标定电容容量470μF,工作温度范围为-40℃~+125℃。电容3型号为CD26C,额定电压25V,标定电容容量47μF;电容4型号为CD263,额定电压16V,标定电容容量为220μF;电容5额定电压25V,标定电容容量为220μF,电容6额定电压为25V,标定电容容量为47μF;电容7额定电压为100V,标定电容容量为10μF,以上电容工作温度范围均为-40℃~+105℃。

【拆解全家福】

产品拆解

电动车控制器产品拆解全家福

【半导体器件应用网总结】

在电动车控制器的元器件之中,功率MOSFET扮演着一个非常重要的角色。其响应速度将直接影响到电动车的启动、加速、制动等操作的驾驶体验,其损耗也会影响到电动车的续航里程。

从原理上来讲电动车控制器的主要功能是将电瓶产生的直流电转换成交流电来驱动电机,其中起核心作用的是控制器中的逆变电路,而功率MOSFET是整个逆变电路之中最为关键的元器件。因为逆变电路中直流电转换成交流电需要MOSFET频繁的开关来完成,这对MOSFET的工作状态的发热、损耗和极限工况下的大电流耐受能力都有着较高的需求。

此款电动车控制器所用的功率MOSFET是来自于上海贝岭的BLP055N10,是N沟道增强型功率MOSFET,采用了双沟槽技术,且此MOSFET采用了2代的技术研制,相较于第1代导通电阻ron降低了20%,进而降低了导通损耗,同时也降低了其稳态工作时的发热,相较于其他同规格产品做到了较低的温升。

作为交通工具而言,安全、稳定、可靠是电动车最基础也是最重要的特性。温升的降低对于提升器件工作的稳定性和降低失效率有着较大的帮助,能更好的帮助电动车实现这些特性,并且延长电动车控制器的使用寿命。

据了解,BLP055N10是贝岭当前最畅销的功率器件单品,累计出货量达到5000万颗以上,客户端失效率不到10PPM。

值得一提的是,在这次拆解的电动车控制器中,一共用到了16颗电容,18颗功率MOSFET,对于电容和MOSFET的厂商来说电动车控制器是一个比较大的应用市场。

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