【前言】
電動自行車是我們日常生活中非常常見也是必不可少的交通工具之一。無論是送外賣的小哥還是需要解決地鐵站到公司“最后一公里”的上班族，電動自行車憑借其快捷、方便的特性往往成為我們的不二之選。
電動車的核心構架非常的簡單，車架、控制器、電池包和電機。電機影響著電動車的動力，電池包影響著電動車的續(xù)航，控制器則影響著我們的駕駛體驗。 電動車控制器負責控制電機的啟動、制動、速度、扭矩等功能，這些都是影響著電動車駕駛體驗的關鍵因素。我們在騎電車時有時候會感覺到油門響應速度慢，或者爬坡無力等情況這些都是因為電動車控制器不夠給力而造成的。
此外，電動車控制器也是電動車除了電池以外最容易壞的部分。因為電動車在工作狀態(tài)下，功率MOSFET會有比較嚴重的發(fā)熱，較大的溫升將會降低整個控制器的壽命，嚴重的會出現失效的情況，更有甚者可能會出現所謂的“炸管”。
今天Big-bit將為大家?guī)砟持妱榆嚳刂破鞯漠a品拆解，深入了解其內部的結構以及關鍵的元器件，讓我們一起來看看它是如何做到穩(wěn)定運行的。
【主要元器件預覽】
上海貝嶺功率MOSFET BLP055N10
士蘭微32位MCU SC32F5864
士蘭微DC/DC電源轉換器 SD4938
DIODES(達爾)線性穩(wěn)壓器AS78L05
【電動車控制器拆解】
電動車控制器正面圖
電動車控制器背面
它的正面是由鋁合金材質構成，方便散熱，底部是塑料材質。
底部塑料蓋和頂部的鋁合金采用卡口設計，內部電路板由上下兩部分組成。
接下來再將兩層電路板拆開，仔細分析每層電路板上的關鍵元器件。
【第一層電路板拆解】
第一層電路板的主要元器件主要是功率MOSFET和電容。
功率MOSFET：
第二層電路板一共有18個MOSFET排列在電路板兩側，每側9個。此MOSFET來自于上海貝嶺，型號為BLP055N10，封裝形式為TO-220，其導通電阻為4.8mΩ。
電動車控制器上的功率MOSFET
BLP055N10是N溝道增強型功率MOSFET，采用先進的雙溝槽技術獲得，可降低傳導損耗，提高開關性能并增強雪崩能量。該器件適合電機驅動器和高速開關應用。
電動車控制器部分電路圖（來源：上海貝嶺工程師）
功率MOSFET主要在控制器的逆變電路中起作用，其通過自身的開關將電路中的直流電轉換為交流電。上海貝嶺的這顆MOSFET采用了SGT工藝，相較于傳統的Trench (溝槽型)MOSFET，其有著更高的功率密度，更低的開關損耗，更高的抗雪崩能力。
其優(yōu)勢特點有：
快速切換
低導通電阻
低柵極電荷
低反向傳輸電容
高雪崩堅固性
RoHS產品
上海貝嶺功率MOSFET產品文檔
【第二層電路板拆解】
在第二層我們可以看到，包括有MCU、電容、穩(wěn)壓器、DC/DC電源轉換器等元器件。
主控MCU：
此電動車控制器的主控MCU來自于士蘭微，型號為SC32F5632(64)，封裝形式為LQFP-32-7×7-0.8。
電動車控制器上的主控MCU
SC32F5632(64)系列是專為電機控制及數字電源開發(fā)的高性能MCU，采用ARM Cortex-M0內核并內置Coproc協處理器，可有效加速電機矢量控制運算。片內集成了多路增強型 PWM ，12位精度的多通道ADC轉換器及內置的高性能運算放大器，可在對電流精確控制的同時獲得較高的性價比。ETIMER可實時捕獲電機霍爾信號，精準轉換為電機轉子位置，非常適合電動兩輪車控制系統的開發(fā)。
主控MCU在電動車控制器中的作用主要是接收電動車啟動、加速、制動等指令，從電池中獲取驅動電機所需要的電能，最終驅動電機使電機滿足接收指令的速度和扭矩。
此產品還可應用在永磁同步電機(PMSM)控制器、直流無刷電機(BLDC)控制器、通用/專用變頻器、交直流逆變器、數控電源等。
士蘭微MCU產品文檔
DC/DC電源轉換器：
DC/DC電源轉換器來自于士蘭微，型號為：SD4938，封裝形式為SOP-8-225-1.27。
電動車控制器上的DC/DC電源轉換器
SD4398是用于開關電源的DC-DC電源轉換器。其內置高壓啟動電路;在輕載下會進入打嗝模式，從而有效地降低系統的待機功耗;具有降頻功能，進一步優(yōu)化輕載條件下的轉換效率;具有軟啟動功能，能夠減小器件的應力，防止變壓器飽和。
SD4938內部還集成了各種異常狀態(tài)的保護功能，包括：VDD欠壓保護、VDD過壓保護、前沿消隱、輸出過載保護、過流保護、過溫保護等。觸發(fā)保護后，電路會不斷自動重啟，直到系統正常為止。
DC/DC電源轉換器的主要作用是降壓，將母線的高電壓轉換到15V左右的低電壓給驅動使用。
此產品還可應用在平衡輪、以太網供電、電動自行車、電動工具。
士蘭微DC/DC電源轉換器產品文檔
穩(wěn)壓器：
線性穩(wěn)壓器來自于DIODES(達爾)，型號為AS78L05，封裝形式為TO92。
電動車控制器上的線性穩(wěn)壓器
AS78LXX 系列是三端子正穩(wěn)壓器，其設計有著廣泛的應用范圍，包括本地卡上穩(wěn)壓。該系列穩(wěn)壓器具有內部電流限制、熱關斷保護和安全區(qū)補償功能，這使得它們幾乎不受輸出過載的影響。在良好的散熱條件下可以提供高達100mA的輸出電流。
此產品還可應用在消費類電子產品、MCU電源、主板。
達爾線性穩(wěn)壓器產品文檔
電容：
此次拆解的電動車控制器的電容均來自于深綠電子，后續(xù)不再贅述。電容1型號為CD288H，共7顆，其額定電壓100V，標定電容容量220μF，工作溫度范圍為-40℃~+105℃。
此產品還可應用在電動車控制器、充電器等開關電源。
電容2型號為BT，共3顆，其額定電壓100V，標定電容容量470μF，工作溫度范圍為-40℃~+125℃。電容3型號為CD26C，額定電壓25V，標定電容容量47μF;電容4型號為CD263，額定電壓16V，標定電容容量為220μF;電容5額定電壓25V，標定電容容量為220μF，電容6額定電壓為25V，標定電容容量為47μF;電容7額定電壓為100V，標定電容容量為10μF，以上電容工作溫度范圍均為-40℃~+105℃。
【拆解全家福】
電動車控制器產品拆解全家福
【半導體器件應用網總結】
在電動車控制器的元器件之中，功率MOSFET扮演著一個非常重要的角色。其響應速度將直接影響到電動車的啟動、加速、制動等操作的駕駛體驗，其損耗也會影響到電動車的續(xù)航里程。
從原理上來講電動車控制器的主要功能是將電瓶產生的直流電轉換成交流電來驅動電機，其中起核心作用的是控制器中的逆變電路，而功率MOSFET是整個逆變電路之中最為關鍵的元器件。因為逆變電路中直流電轉換成交流電需要MOSFET頻繁的開關來完成，這對MOSFET的工作狀態(tài)的發(fā)熱、損耗和極限工況下的大電流耐受能力都有著較高的需求。
此款電動車控制器所用的功率MOSFET是來自于上海貝嶺的BLP055N10，是N溝道增強型功率MOSFET，采用了雙溝槽技術，且此MOSFET采用了2代的技術研制，相較于第1代導通電阻ron降低了20%，進而降低了導通損耗，同時也降低了其穩(wěn)態(tài)工作時的發(fā)熱，相較于其他同規(guī)格產品做到了較低的溫升。
作為交通工具而言，安全、穩(wěn)定、可靠是電動車最基礎也是最重要的特性。溫升的降低對于提升器件工作的穩(wěn)定性和降低失效率有著較大的幫助，能更好的幫助電動車實現這些特性，并且延長電動車控制器的使用壽命。
據了解，BLP055N10是貝嶺當前最暢銷的功率器件單品，累計出貨量達到5000萬顆以上，客戶端失效率不到10PPM。
值得一提的是，在這次拆解的電動車控制器中，一共用到了16顆電容，18顆功率MOSFET，對于電容和MOSFET的廠商來說電動車控制器是一個比較大的應用市場。 |
