电机驱动器MCU拆解分析-主控板（2）

电机驱动器MCU拆解分析，主控板主要包括电源模块、通讯模块、解码模块、电流检测模块、输入检测模块、主控板与驱动板交互模块、主控模块等。

1、主控模块

采用的是英飞凌公司生产的TC275芯片，TC275在性能、功能、成本、生态、满足功能安全方面，在车规级领域使用极为广泛，配合TLE35584作为监控芯片，是功能安全控制器ASIL C及ASIL D的首选。TC275芯片TriCore™体系结构有三个强大的内核：两个TriCore1.6P核(其中一个带锁步核)和一个TriCore1.6E核(带锁步核)，三核主频200Mhz，编程FLASH 4MB，内嵌HSM，支持CAN、Ethernet、SPI、UART、I2C通讯方式，主要功能如下：

最大的特点是该芯片功能安全等级可以达到ASIL-D，在功能安全（避免由电子系统功能性故障导致的不可接受的风险，功能安全关注系统故障后的行为,而不是系统的原有功能或性能。后期计划针对功能安全开发方法出一个专栏）方面，针对Core的Lockstep、针对RAM/Flash的ECC、针对电源的监控、针对时钟的监控(QA Watchdog)、针对ADC的自测试，以及针对安全机制或寄存器的BIST等。

2、电源模块

采用的是变压器以及TLE35584对电压进行调节监控的方式。12V电压信号进入接口后，经过LC滤波(防护电压波动)，保险丝过流保护，防反接保护，TVS(高电压脉冲)防护，共模电感滤波(针对车载电源共模干扰)等处理后，变压器是将12V电压进行调节给驱动模块供电，TLE35584是给主控板上的主控芯片、存储芯片、通讯芯片、数模芯片供电，主要包括5V，3.3V的供电电压等级。

TLF35584是英飞凌的高性能电源管理芯片，其支持升压和降压预调节（Peregulators），可以满足3-40V的宽电压输入。

TLF35584可以提供后向的不同电压输出（Post Regulators），包括

1、5V/200mA的通信电源（LDO_Com）；

2、根据不同型号的芯片，提供5V/600mA（TLF35584xxVS1）或者3.3V/600mA（TLF35584xxVS2）的MCU供电电压（LDO_uC）；

3、150mA用于ADC的参考电压（Volt_Ref）；

4、两个150mA传感器供电电源（Tracker1和Tracker2）；

5、以及可选的用于uC的外部供电。此外，还有独立于上述两个模块的Standby Regulator （LDO_Stby），5.0 V/10 mA （TLF35584xxVS1）或者 3.3 V/10 mA（TF35584xxVS2）。

LDO_Com用于CAN通讯模块的供电；

LDO_uC用于主芯片TC275的供电；

LDO_Volt_Ref用于过流故障Vref参考电压，电流检测的电路供电；

LDO_V_TR1以及LDO_V_TR2用于传感器模块的供电；

电源管理芯片TLE35584还有诸如监控（过压、欠压、过流、过温、过载）等功能，安全状态控制；支持16位SPI通信；看门狗电路。35584有两种看门狗（窗口看门狗以及功能看门狗）。窗口看门狗可通过PIN WDI触发，或者通过SPI控制窗口看门狗 SCMD寄存器触发，两种看门狗可以独立运行，有各自的定时和计数器。此外，TLF35584 拥有多个状态包括初始化状态，正常状态，唤醒状态，睡眠状态，故障状态，待机状态，状态之间的跳转通过ENA、WAK管脚的电平变化以及SPI通讯进行控制状态的跳转。各芯片管脚的电平随着各状态的跳转而变化。

3、通讯模块

采用的是NXP公司生产的TJA1043T以及TJA1051T芯片。系统主控芯片TC275芯片带有2个增强型CAN接口，与2.0B版本的CAN通讯协议完全兼容，支持高达1Mbps的数据速率。选用TI公司的CAN转发器TJA1043T/TJA1051T作为CAN通讯接口芯片，采用3.3V供电，在CAN 和CAN-之间接120欧姆电阻作为终端电阻，提高CAN通讯的抗干扰能力。

4、解码模块

采用的是ADI公司生产的AD2S1205 12位分辨率旋变数字转换器，内置可编程正弦波振荡器，为旋转变压器提供正弦波激励。转换器的Sin和Cos输入端支持3.15 V p-p ± 27%的输入信号，能将Sin和Cos输入端的信息转换为输入角度和速率的所对应的数字量。AD2S105的工作频率范围为8.192 MHz ± 25%。可以通过12位并行端口以及3线SPI串行接口可以访问绝对12位角度位置数据。供电范围：4.75V ~ 5.25V，工作温度范围：-40°C ~ 125°C。

AD2S1205解码芯片EXC及EXC产生差分正弦励磁信号及其互补信号，其基准输出需要一个外部缓冲，放大器来提供增益和额外电流，驱动旋变工作，因此电路设计中经过TL082Q运放放大、跟随后，通过推挽的方式输出到电机旋变，电机旋变返回的位置信息差分信号经信号调理电路，滤波除噪后，送AD2S1205解码芯片解码电路的 SIN、SINL、COS、COSL解码芯片端口进行处理。AD2S1205提供了两个12位寄存器，用来保存角位置信息和角速度信息；寄存器的数据通过一个SPI接口进行读取，通过旋变获取的位置信息用于电机控制算法中参数的计算。

5、电流检测模块

采用LEM HAH1DR-800-S型号霍尔传感器，该型号霍尔传感器的能采集的最大电流为正负800A，供电标准电压为5V。霍尔开环电流传感器，原边测量额定值是800A，输出：2.5 G×Ip，供电电压5V，精度3%，频率范围0-30KHZ，温度范围-40-- 125℃。

采样电路由滤波调理电路和偏移限幅电路组成。LEM HAH1DR-800s电流传感器采集电流后，将电流转化成电压信号2.5 G×Ip，经过滤波电路，采用OPA2365AIDR比例运算后将采集的电压进行定量调整，将幅值为-1.5~1.5 V的电源经偏置电路转换为0~3V输入到TC275主芯片的输入端。

6、输入模块

分别在UVW及母线的每一路电流采样电路后面设置LM2903电压比较器，调节Vref参考电压，设置过流保护阈值，当电流过大时，就会产生高电平信号触发过流保护动作，将驱动电路的高压开关管和锁相开关管关断，保护IGBT的安全（硬件层面）。同时，软件上会将霍尔电流传感器的电压信号经过OPA2365AIDR运算放大器，采集及转换计算出电流值大小，进行报警、降功率、停机等操作（软件层面）。

驱动电机温度传感器通常被放置在定子绕组内部，U/V/W相温度传感器，热敏电阻与电阻进行分压，采集电压后，通过OPA2365AIDR运算放大器，将温度信号AD值送至MCU，当过温时，进行报警、功率限制、停机处理（软件层面）。此外，将温度采样电路后面设置LM2903电压比较器，调节Vref参考电压，设置过温保护阈值，当温度过高时，就会触发过温保护动作（硬件层面）。

7、主控板与驱动板交互模块

驱动板发回的信号包括总电压、IGBT温度、过欠压故障、过温故障、PCB过温故障、短路故障、驱动电路FLT故障等，控制板发出的信号包括PWM信号、主动泄放信号、清除故障信号等。

PWM输出：由TC275发送出的PWM经过电平转换芯片NH245Q（PWM输出电路中，TC275芯片的输出电压为3.3V，而驱动板中接收PWM控制信号的门级驱动芯片所需要的信号电平为5V）输出的PWM信号经过门极驱动芯片1ED020I12的隔离，输出经过推挽电路，经过门极开通和关断电阻，作用于IGBT（FS820R08A6P2B）栅极。在IGBT的源极和栅极之间并联下拉电阻、齐纳二极管等。

母线电压检测电路由电阻分压电路、电压跟随器电路、线性光耦隔离电路和电压限幅电路等组成，母线电压通过选取合适的电阻分压，经过电压跟随器，实现隔离和阻抗匹配，线性光耦隔离电路选用ACPL-C87AT，实现高压输入侧与信号采集侧电压隔离与电压转换，转换后的采集电压通过限幅电路发送给TC275处理器的ADC通道进行AD值换算，从而通过比例计算出电压大小。