「分析」奧迪A3 e-Tron 逆變器分析

奧迪奧迪A3 設計 EMC 旺材新能源汽車 2019-04-19

奧迪A3 e-Tron的逆變器分析分為三大塊，（一）外殼和冷卻單元；（二）DCDC控制器；（三）電機控制器。由於本人精力有限，幾個小時很難整理、翻譯和校對大量文字，所以只能分幾部分來呈現。希望大家多多關注，多多支持，多多轉發。

奧迪A3 e-Tron的逆變器電源模塊是博士公司設計製造的，逆變器電源模塊分為兩部分：三相交流電機控制器和DCDC單元，重量為10.2kg，體積為371mm*217mm*194mm容積為10.2L，成本大概為752美元。

圖1奧迪A3 e-Tron逆變器

接下來將分以下三部分：外殼和冷卻單元，DCDC控制器和電機控制器，對奧迪A3 e-Tron的逆變器進行介紹，其中DCDC控制器和電機控制器又分為內部殼體、母線和三相銅排、PCBA、鐵氧體、母線電容和線束。

圖２奧迪Ａ３e-Tron逆變器爆炸圖

圖３奧迪Ａ３e-Tron逆變器爆炸圖中各部分名稱

（一）奧迪A3 e-Tron逆變器外殼和冷卻單元

奧迪A3 e-Tron外殼和冷卻單元包括外部主殼體、底蓋和專門用於內部部件冷卻的冷卻板。組內元件包括:雙面冷卻板，主殼體、頂部小蓋板和底蓋，雙面冷卻板和主殼體均為壓鑄件，兩個蓋子，一件為壓鑄件另一件為衝壓件，冷卻水管頭，密封圈，以及配套的五金，如螺絲、插頭、標籤等。

圖４奧迪A3 e-Tron逆變器外殼和冷卻單元

雙面冷卻板是A380壓鑄鋁作為兩個鑄件設計，這兩個鑄件製造工藝包括鑄件、澆口修邊、機加工、去毛刺和清洗。在對這兩部分進行初步處理之後，它們就被組裝起來，看起來像是摩擦攪拌焊接在一起。焊接後的焊後加工為焊縫提供一個密封面最後組裝。冷卻板的兩側有用於電子設備的機加工襯墊(散熱器)。一邊是用於DCDC控制器散熱，另一邊是用於冷卻電機控制器的IGBT。

圖５奧迪A3 e-Tron電機控制器IGBT冷卻板

圖６奧迪A3 e-Tron逆變器冷卻底板內部冷卻通道１

圖７奧迪A3 e-Tron逆變器冷卻底板內部冷卻通道２

主殼體為大型壓鑄鋁件。材料被認為是鋁A380。鑄造後的零件經過切邊修整、機加工、去毛刺和清洗。主殼體上包括安裝冷卻板，低壓線束端子和高壓線束倉，用於母線和三相線的連接。

圖８奧迪A3 e-Tron逆變器主殼體

圖９拿去主殼體後母線與三相線接線端

頂部小蓋板總成包括一個蓋板、墊圈、開蓋保護開關支撐支架和一個安裝在頂部小蓋板內表面的開關保護開關。頂部小蓋板被認為是壓鑄A380鋁機加工板，具有安裝開蓋保護開關、墊圈和開蓋保護開關支架總成的功能。墊圈和開蓋保護開關支架一種雙注塑設計，採用硅基墊片材料和聚對苯二甲酸丁二烯(PBT)開蓋保護開關支撐支架。開蓋保護開關由兩個端子(假設短路棒)組成，端子在PBT外殼上成型。開關用一對螺絲固定在閥蓋的內表面。

圖１０奧迪A3 e-Tron逆變器頂部小蓋板總成

圖１１奧迪A3 e-Tron逆變器頂部小蓋板墊圈和開蓋保護開關支撐架

圖１２奧迪A3 e-Tron逆變器開蓋保護連接器

底蓋總成包括底蓋、硅膠圈和一對泡沫狀物墊。這個底蓋被認為是鋁衝壓的。在蓋的內表面放置一對模切剝離和粘接泡沫泡沫狀物墊。蓋的密封使用的是硅基密封膠，打在底蓋的一圈。底蓋用螺絲固定在外殼周圍。

圖１３奧迪A3 e-Tron奧迪底蓋總成

圖１４奧迪A3 e-Tron逆變器冷卻水嘴

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器由五部分組成：內部機殼、母線、印刷電路板組件(PCBA)，鐵氧體和電感器，以及線束(佈線)。內部機殼組件包括的所有額外的結構部件，一旦拆解，可以看到整個內部機殼。母線組件包括提供電氣連接的所有衝壓金屬部件模塊內部的設備。PCBA組包含所有印刷電路板與直流到直流轉換器相關聯的EMC板。鐵氧體和電感器組包括附加的與直流到直流轉換器相關的電子元件。最後一組線束包括所有內部接線部件連接轉換器中的各個部件。下圖的左邊是高壓直流輸入，右下角是12V輸出。

圖1奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器內部機殼組件

奧迪DC/DC內部機殼組件由一個壓鑄鋁製母線支撐支架組成。支架被認為是一個鑄鋁A380修剪去毛刺和清洗。整個組件鑄型一體成型，沒有額外的加工明顯。該零件由三個螺紋進行緊固連接。

圖2奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器母排支撐架

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器母排組件

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器母排組件由三個獨立的成型銅排組成。圖3中，三個中最小的一個只使用通孔連接。另外兩個使用通孔和緊固螺母的組合來連接。母線位於低壓輸出端，其形狀是為了適應母排組件附件和穿過鐵氧體鐵芯。

圖3奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器母排組件

圖4奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器母排組件組成形式

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器母排組件是使用薄銅片衝壓形成的形狀。圖5是較為複雜的衝壓圖形，展示了使用的三個花螺帽。

圖5奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器母排花螺帽

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器PCBA組件

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器印刷電路板組件(PCBAs)由IGBT組件、主控電路板和較小的電容電路板組成。IGBT組件包括兩個獨特的IGBT，一個複雜的模製引線框架和一個散熱板。印刷電路板組件包含所有的控制DC DC轉換器的貼片元器件。較小的電容電路板包含四個電容，並通過安裝孔安裝到接觸點。

圖6奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器IGBT組件

圖7奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器主控板

圖8奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器電容小板

IGBT組件包括兩個獨特的IGBT組件，一個複雜的模製引線框架和一個散熱板。IGBT組件通過鍵合線連接到散熱器上，然後將引線架固定到合適位置，並通過鑲入式衝頭壓接在在散熱器上。IGBT是通過針腳式焊接線連接到引線框架。然後，整個組件使用散熱膏和四個螺紋緊固件連接到冷卻板上。

兩個獨立的IGBT，由表面安裝裝置放置在氧化鋁(鋁)銅(銅)鍍銅基板上，兩個IGBT也是不一樣的。

IGBT1組件包括其中1個9.3*5.8mmIGBT晶圓，4個6.5*4.9mm IGBT晶圓，1個4.2*4.1mm二極管，6個貼片電容，一個0.1/1000的高精密電阻和一個鍍銅基板。

IGBT2組件包括其中4個7.7*4.7mm IGBT晶圓，4個6.4*4.9mm IGBT晶圓，4個5.3*5.2mm IGBT晶圓，2個6.4*4.3mm二極管，6個貼片電容，一個0.1/1000的高精密電阻和一個鍍銅基板。

圖9中左側為IGBT1，右側為IGBT2。

圖9奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器IGBT組件

IGBT引線框架是一種複雜的注模構件。共有76個單獨的部件在注射PBT塑料之前插入模具。插入件包括銅和鎳鍍銅母線，49個符合標準的引腳端子和8個螺紋螺母。

圖10奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器IGBT引線框

主控板上包括如下比較貴的組件：2個Altera MAX II 系列的CPLD ，1個飛思卡爾S12系列的16位MCU，1個NXPS12系列的16位MCU，5個四通道數字隔離器件，50腳的連接器，4層FR4電路板，其他的還包括運放，MOS管，變壓器、穩壓器、CAN通信、Flash、比較器和一些小的主動和被動貼片元器件

圖11奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器主控板正面

圖12奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器主控板背面

較小的電容電路板包含四個電容。電容器被確定為通孔安裝40V/10uFh和60V/10uF薄膜電容器。電容電路板是一種雙層FR4，電路板上帶有用於電容安裝孔和用於最終組裝的觸點。

圖13奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器電容小板

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器散熱器是壓鑄鋁A380板。鑄造後的零件被認為是修剪，噴丸處理，加工和清洗。該零件加工程度最低，唯一的機械功能包括IGBT安裝臺，四個過線孔和一對零件固定孔。

圖14奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器散熱板

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器鐵氧體和電感器

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器鐵氧體和電感器組件由一對相同的鐵氧體磁芯和三個電感器。這兩個鐵氧體是燒結粉末金屬設計。它們都是在高壓輸入端，中間有母排通過。三個電感器都是預裝配的獨立的組件。所有三個電感器都使用螺紋緊固件來完成電路電氣裝配過程。

圖15奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器鐵氧體和電感器組件

這兩個鐵氧體是相同的兩件粉末金屬設計。頂部和底部鐵氧體在安裝過程中是相同的，底部鐵氧體上有一個塑料注塑件。塑料部分為夾在兩部分之間的母線提供絕緣。

圖16奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器鐵氧體組件和安裝位置

這三個電感器都是預先組裝的獨立組件。所有三個電感器都使用螺絲緊固來完成組裝過程。一個電感器被稱為環形繞線裝置。一個電感器使用獨特的扁平線圈。第三個電感器是一個變壓器利用衝壓導線和一股銅線。品牌為EPCOS。

圖17奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器電感器組件

環形電感器安裝在注塑底座上，然後連接到一個帶有過塑電端子的框架上。框架是一個注塑成型的PBT LG30與四個衝壓端子被注塑。

圖18奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器電感器拆解1

平繞式電感器採用由銅平片構成的單片線圈。一端焊接有一根短銅杆。一對相同的上、下鐵氧體磁芯封閉線圈結合在一起。

圖19奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器電感器拆解2

變壓器由三個形成的銅板組合而成，每個銅板之間都有一個繞絲部分。線圈是組裝在塑料注塑件與塑料絕緣之間的銅線和銅板。在初始組裝完成後，將頂蓋注塑到位，然後將引線側裝罐。然後線圈被一對相同的上鐵氧體和下鐵氧體鐵芯束縛在一起。

圖20奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器電感器拆解3

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器線束和其他器件

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器線束和其他器件，線束組由帶塑料線槽的帶狀電纜、安裝在外殼外部的12V出線端子耳和高壓熔斷器組成。塑料槽用於內部的帶狀電纜的通道連接到DCDC轉換器。電纜通過散熱器中的開口連接到DCDC主控制板。最後它連接至逆變器。

圖21奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器線束和其他器件

帶狀電纜槽是一種注塑件。沿著電纜線槽路徑用於固定帶狀電纜。

圖22奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器線束和其他器件裝備方式

奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器有一個500VDC/35A熔斷器置於高壓輸入端，採用的是螺絲固定的方式進行安裝。

圖23奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器熔斷器

圖24奧迪A3 e-Tron DCDC轉換器熔斷器安裝方式

奧迪A3 e-Tron 逆變器組件由內部殼體，銅排組件，印刷電路板組件(PCBA，也包括IGBT)、電感器、母線電容和線束(佈線)。內部殼體組件包括逆變器內所有的結構部件。銅排組件包括三相輸出銅排和高壓直流母線銅排。PCBA組件包含所有與印刷電路板與逆變器組件相關聯的器件。電感器和母線電容器組包括額外的與逆變器相關的電子元件。最後一組線束包括所有內部線束連接逆變器各部件的接線元件。

圖1奧迪A3 e-Tron 逆變器組件

奧迪A3 e-Tron 逆變器內部殼體

奧迪逆變器內部殼體組件由衝壓鋼蓋和塑料模製而成框架組成。衝壓鋼蓋為逆變器主控板提供電磁干擾屏蔽，為其屏蔽板。塑料框架包裹著三相輸出接口和直流母線接口，也用於將開蓋保護開關與高壓端子隔離。

屏蔽板為衝壓鍍鋅低碳鋼，使用八個螺絲在周圍進行固定。塑料框架為注塑成型的PBT-GF30。框架為開蓋保護線束提供了走線槽，也為三相輸出接口和直流母線接口提供了隔離。

圖2屏蔽板和塑料框架

奧迪A3 e-Tron 逆變器銅排組件

奧迪A3 e-Tron 逆變器銅排組件包括高壓直流母線銅排和三相輸出銅排，還包括三相接線支撐架、母線支撐架和一個高壓熔斷器。

圖3銅排組件

三相輸出銅排組件包括三個不同形狀的銅排和一個三相接線支撐架用於電機三相線與逆變器連接，三相接線支撐架為注塑成型的PBT-GF30。

圖4三相輸出銅排組件

圖5三相接線支撐架與固定螺母

圖6三相銅排

直流高壓母線銅排包括正負兩個銅排，兩個銅排上各有一個用於螺絲鎖緊的銅柱，正負兩個直流高壓母線銅排使用塑料支撐架進行支撐和絕緣隔離，塑料支撐架的材料為PBT-GF30。

圖7直流高壓母排

在高壓直流母排塑料支撐架上留有一個高壓熔斷器的位置，通過一個獨立的銅排與母線的其中一端進行連接，，圖8中在高壓直流母排與三相銅排中間，熔斷器旁邊有一個開槽，這跟銅排一端與熔斷器一端相連，另一端與高壓母線銅排伸出的銅柱相連，通過螺絲固定，其中高壓熔斷器為500VDC/40A。

圖8高壓母線銅排頂部

圖9熔斷器連接至直流高壓母排一端的銅排

圖10高壓熔斷器

奧迪A3 e-Tron 逆變器PCBA和IGBT組件

奧迪A3 e-Tron 逆變器PCBA和IGBT組件包括兩個PCBA和三個IGBT模塊，其中兩塊PCBA分別是控制板和驅動板，其中控制板通過低壓線束分別於驅動板和DCDC控制板進行連接。

圖11PCBA和IGBT組件

奧迪A3 e-Tron 逆變器控制板上主要器件為：1片Altera的MAXII系列的CPLD芯片，一片旋變解碼芯片，一片英飛凌的TriCoreAURIX 32位DSP芯片，一片BOSCH的電源管理芯片，寶馬I3上也使用的BOSCH的電源管理芯片，看不到這裡的型號，不知道是否為同一顆芯片，一個變壓器和2個連接器等，其中PCB位6層板，材質FR4。