Axiom 100kW電機控制器開源分享

它是什么？

它是一個三相電機控制器。它需要一個直流電壓并產(chǎn)生 3 個正弦波來驅(qū)動電機，在概念上類似于那些用于無人機和自行車的小型 ESC。不同之處在于，這種特殊設(shè)置可以安全地使用 400V 電池，全年流過 300Amps。

我們的工作集中在控制板，它能夠驅(qū)動超過 400V 和超過 300A 的方式，這些是由功率級額定值定義的。

我們選擇了 EconoDual IGBT 模塊，因為它是一種流行的封裝，它們具有多種電壓和電流級別（從 600V 到 1700V，以及從 100A 到 1000A），來自許多品牌，采用 IGBT 和 SiC 技術(shù)，并提供現(xiàn)成的柵極驅(qū)動器為他們匹配。

為什么？

因為我們想成為?最大膽、最壯觀的建筑的一部分，所以沒有其他開放平臺能夠驅(qū)動 100kW 級的電機。您所能獲得的只是具有高加價的專有控制器，無法根據(jù)您的需求對其進行調(diào)整，最重要的是，您無法看到內(nèi)部工作原理來評估軟件和硬件的質(zhì)量是否符合您的標(biāo)準(zhǔn).

新一波電動汽車公司與專有電機驅(qū)動器相關(guān)聯(lián)，我們?yōu)榭蛻籼峁┝藢㈦姍C驅(qū)動器深度集成到他們的系統(tǒng)中的機會，為他們的產(chǎn)品提供了獨特的垂直化機會。這可以節(jié)省成本并提高車輛的質(zhì)量和集成度。

開放 Axiom 也展示了我們的工作質(zhì)量，并使我們的團隊成為理想的承包商，世界上沒有多少人擁有生產(chǎn)高性能驅(qū)動單元的技能和知識。

多虧了 VESC，Axiom 也成為可能？基礎(chǔ)平臺穩(wěn)步增長到我們可以第一次將它提升到一個新的水平，從一個愛好工具到一個完整的電動汽車技術(shù)。

誰在使用 Axiom？

自從我們今年上市以來，世界各地的一些個人和工程團隊報名訂購了 Axiom。我們目前處于 Beta 測試階段，只挑選能夠為我們提供寶貴反饋的裝備最齊全的工程團隊，以確保我們提供可靠的產(chǎn)品。?處理了超過一百個直接請求?，以下是一些正在測試 Axiom 控制器的團隊：

我們覆蓋五大洲！

大約一半的應(yīng)用用于牽引車輛（汽車、自行車、賽車），其他用于飛機，還有一些是純粹的研發(fā)部門。

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你可以用 Axiom 做什么？

幾乎任何涉及強大的三相電機的東西。

• 電動汽車改裝
• 電動車賽車
• 礦業(yè)
• OEM EV，例如自行車和 ATV
• 海底 ROV
• 飛機系統(tǒng) (*)
• 滑翔機發(fā)射器 (*)
• 風(fēng)力發(fā)電機
• 研發(fā)

你有沒有想過這可以用來發(fā)射滑翔機？我們也沒有！該列表主要來自與我們客戶的會議。

他們?yōu)槭裁催x擇我們？

因為 VESC 的性能和用戶體驗？系統(tǒng)簡直是一流的。用戶需要一個界面來配置電機參數(shù)，它將是調(diào)試問題和了解機器的主要工具。向 Benjamin 的?VESC 工具致敬：

有了軟件和固件，高功率應(yīng)用將需要一些?非常特殊的硬件：

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這是我們對此的看法：

• 機械匹配?EconoDual/17mm IGBT 模塊。更緊湊，組裝步驟更少，接線和壓接更少，無需適配器部件。
• ?板載集成隔離式 HVDC 和相電壓監(jiān)控，直接連接到 IGBT 以實現(xiàn)更清晰的信號和更快的組裝。
• 板上直流鏈路電容?放電電阻。安全要求，板子不通電時放電。
• 用于測量模擬信號的射頻連接器。這提供了類似模擬的信號質(zhì)量，非常適合開發(fā)。
• 單獨的 IGBT 故障監(jiān)測。您可以判斷?哪個?IGBT 出現(xiàn)故障。
• 過壓、過流和過熱的個別故障指示燈。
• 單獨的 IGBT 溫度監(jiān)控。
• Lattice iCE40 FPGA，使用?開源工具鏈?進行綜合和 HDL 開發(fā)。
• FPGA 持續(xù)監(jiān)控所有故障輸入。?如果斷言任何故障，所有 PWM 活動都將關(guān)閉。
• FPGA 監(jiān)督 MCU 產(chǎn)生的 PWM。如果檢測到直通命令，則關(guān)閉 PWM。
• 我們正在??FPGA中實現(xiàn)這個很棒的電機控制技巧
• RJ45 端口。這些不是以太網(wǎng)，它們?以標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)成方式提供?屏蔽雙絞線。
• 雙模擬加速器?輸入。
• 雙隔離 CANbus 接口?（第 2 個接口尚無固件）。
• 解析器支持。
• BiSS 絕對編碼器支持（開發(fā)中的固件）。
• 正弦/余弦編碼器支持。
• 向柵極驅(qū)動器提供穩(wěn)壓 15Vdc，并監(jiān)控該電壓。
• 2 個帶射頻連接器的 DAC 輸出，?可窺探控制算法的內(nèi)部情況。
• 2 開漏輸出，用于驅(qū)動小負(fù)載或繼電器，例如泵。
• 更多保險絲、更多 TVS、更多 EMI 過濾。

以下是一些?高分辨率圖像供參考：

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在學(xué)校必須強制使用 RF 連接器插入關(guān)鍵模擬信號：

可以顯示隔離間隙的舊原型。對于較新的電路板，您看不到厚阻焊層

具有基于 IGBT 的功率級的無傳感器全速反轉(zhuǎn)：（黃色跡線是輸出到 DAC 通道的觀察器相位）。你不會經(jīng)?？吹竭@個

除非它是一個公理！許多全速倒車：

這是關(guān)于電路板信號質(zhì)量的練習(xí)，實際上我們強烈建議在大功率構(gòu)建中使用絕對編碼器。

在 ADC 引腳處測量的清晰信號，以及通過 DAC 發(fā)送到示波器的電機角度。請注意在非驅(qū)動->驅(qū)動轉(zhuǎn)換中如何完美跟蹤電機角度。

清除故障報告

示意圖頂層：

圖片中的構(gòu)造專為 400V 300Amp 連續(xù)運行而設(shè)計。

這個怎么運作？

它需要您的電池電壓（高壓直流）并使用 PWM 創(chuàng)建 3 個 120° 的正弦波來驅(qū)動電機。實際上，它使用空間矢量調(diào)制 (SVM)，從而減少了所需的開關(guān)量，從而減少了開關(guān)損耗。

盡管 VESC 支持在梯形和磁場定向控制控制模式下驅(qū)動電機，但我們的板僅在 FOC 下工作。它只是更適合應(yīng)用程序。

FOC 是關(guān)于將您的正弦波與電機內(nèi)部的實際磁場對齊，并使用由與磁通 (Iq) 正交的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生電流和磁通產(chǎn)生電流 (Id) 組成的矢量信號來控制機器。關(guān)于這個主題有很多很好的資源，?

有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱日志！

關(guān)于這個項目的最大新聞是使之成為可能的團隊的正式介紹。論壇傳奇人物 HighHopes 和 Arlo1 深入?yún)⑴c了設(shè)計，我們一直在合作推出這款控制板，并且我們創(chuàng)建了來集中我們一直在做的所有合同工作。

那么這意味著什么？Arlo1 以其令人敬畏的、創(chuàng)紀(jì)錄的構(gòu)建和工具提供現(xiàn)場經(jīng)驗，而 HighHopes 為每個設(shè)計決策提供深刻的洞察力、他的電力系統(tǒng)知識和硬數(shù)學(xué)，而 Maxi 和我做我們最擅長的事情，工程、CAD、固件和制造. 請記住，這是 Benjamin Vedder 多年固件開發(fā)的基礎(chǔ)，我們已經(jīng)是其中的合作者。

PowerDesigns 應(yīng)該將組裝好的電路板提供給任何感興趣的人。我們可以按需提供裸 PCB，但風(fēng)險如此之高，當(dāng)人們必須組裝電路板時，我沒有看到成功的構(gòu)建，所以如果我們負(fù)責(zé)組裝會更好。如果我們提供完整的電機控制器，那就更好了，我們正在努力提供該解決方案。

Maxi（paltatech 的聯(lián)合創(chuàng)始人工程師）和我?guī)讉€月前在硬件設(shè)計確定后轉(zhuǎn)而進行固件開發(fā)和測試，同時一些 alpha 用戶開始在這方面投入一些精力，實際上并不多，我們?nèi)匀豢释麥y試人員我們并不聲稱它沒有錯誤。我們?yōu)檫@些高功率應(yīng)用程序提供的所有代碼都經(jīng)過精心設(shè)計，可直接集成到 VESC 代碼庫中，因此它保持公開且維護良好。

硬件方面，我們有精確設(shè)置跳變點的數(shù)學(xué)，我們可以通過改變電阻隨意調(diào)整，F(xiàn)PGA 是協(xié)同處理和安全功能的一個非常強大的補充。我們甚至與 OEM 一起設(shè)計了我們自己的 DC Link，如圖所示，仍在測試中。

它是一個非常緊湊和整潔的單元。

這是一個用于研究和高功率構(gòu)建的絕佳平臺，我不知道任何具有這種功率級別的控制器，具有這種質(zhì)量和對細(xì)節(jié)的關(guān)注，同時對用戶開放以隨意修改固件。

我們已經(jīng)在沒有外部反饋的情況下進行了很長時間，所以我很想聽聽你們的想法。Axiom 并不是要成為一個便宜的控制器，而是要驅(qū)動非常昂貴和危險的設(shè)備，所以它必須是一個安全可靠的硬件。

(*) Axiom 尚未獲得用于飛機/航空航天應(yīng)用的資格。

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