丰田普锐斯 (DAA-ZVW51)、PCU (Power Control Unit) 控制主板对标分析报告
2017/04/17
概要
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| 图1 产品外观 出处：丰田汽车 |
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| 图2 PCU结构图 出处：丰田汽车 |
2015年12月上市的第4代丰田普锐斯配套实现最大热效率40%的发动机，电机、变速驱动桥、电力控制单元、驱动电池等系统整体实现小型轻量化的同时，还期望减少约20%的能耗损失。解析对象PCU (Power Control Unit) 安装在发动机旁边，拥有①双向DC-DC转化器、②回收逆变器、③电机驱动逆变器这3项功能。此外，对原先采用的配套IGBT的“电源板”的放热方式进行改良，降低损耗，通过将高侧与低侧的IGBT整合在1个电源板上，实现小型化 (比原先缩小30%)。本控制主板位于PCU的最上面，电源板与本控制主板线路实现上述功能。与电源板连接的门驱动器具有实现恰当转换速率的门驱动器和检测温度和过电流的功能。此外，控制由用于绝缘电源的振荡电路、内部电源电路、电池电压/升压电压检测电路、计算2台电机/发电机的矢量控制的2台MCU、电源误差放大器＋CAN＋ADC＋解析器接口等集中在1个芯片上的定制ASIC构成。控制主板为6层、通孔。
连接电源板的门驱动器利用变压器和光电耦合器绝缘隔离，由于不会对MCU等低电压电路造成影响，因此电路图形也分不同领域。(不同门驱动器都隔离图形)
据推测，这是考虑到保证耐压和降低电场影响。
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| 图4 主板X射线图 (侧视) | 图3 主板外观 (仰视图) |
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动力控制单元主板电路
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| 图5 各区域电路功能 |
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| 表1 电路功能 |
本主板电路由以下区块构成。(图5)
- 内部电源供应
通过外部供应的电压，生成解析对象主板内部电源的电路。电源误差放大器内置于电装制造的IC内。 - 用于独立电源供应的振荡器
向绝缘隔离区供应电源的变压器一次侧外加交流电压的电路。 - 用于双向DC-DC转化器的门驱动器
控制用于回收逆变器/电机驱动逆变器的双向DC-DC转化器的开关晶体管、 回收逆变器、电机驱动逆变器的电路 - 电压检测
检测镍氢电池的电压和双向DC-DC转化器产生的升压电压的电路 - 高速CAN
进行控制主板外部与CAN通信的电路。通信功能推测内置于ASIC。 - 解析器接口
推测是与外部的解析器连接，检测电机角度的电路 - 电流检测
推测是用于检测回收逆变器和电机驱动逆变器功率电流的电路 - MCU和外围设备、通信
连接瑞萨制造的定制MCU外围设备与2个IC的电路
配套了3个大的主导半导体。上述定制ASIC(n=1)、驱动电源板的门驱动器ASIC(n=14)、瑞萨制造的定制MCU(n=1)。
定制ASIC(n=1)采用电装制造的QFP-128套件，扩散工艺采用3层金属连线/1层晶体管、高耐压SOI工艺。(图6)
门驱动器ASCI(n=14)也采用电装制造的QFP-36套件，扩散工艺采用4层金属连线/1层晶体管、高耐压BiCMOS工艺。(图7)
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| 图6-1 ASIC芯片图片 | 图7-1 门驱动器ASIC |
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| 图6-2 芯片打标 (ASIC) | 图7-2 芯片打标 (门驱动器) |
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| 图8 取下控制主板后的铸件 |
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| 图9 不同用途的狭槽 (放大) |
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| 图10 电源板的X射线图片 |
关于电源板的安装，控制主板上安装连接器，无需焊接，就能拆卸电源板。
(图5中的区域3、4、5) 对于驾驶时的振动也能实现高可靠度的方式。取下控制主板后，露出铸件以及下面的控制销。(图8)
合计可插入7个电源板，分别用于驾驶、发电和升压，(图9) 内置于电源板的IGBT根据不同用途，采用不同供应商的IGBT。
株式会社LTEC销售上述详细解析报告。
- 控制主板电路解析报告
- 配套定制ASIC功能解析报告
- 配套门驱动器ASIC功能解析报告
- 电源板结构解析报告
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