Axiom 100kW电机控制器开源分享

它是什么？

它是一个三相电机控制器。它需要一个直流电压并产生 3 个正弦波来驱动电机，在概念上类似于那些用于无人机和自行车的小型 ESC。不同之处在于，这种特殊设置可以安全地使用 400V 电池，全年流过 300Amps。

我们的工作集中在控制板，它能够驱动超过 400V 和超过 300A 的方式，这些是由功率级额定值定义的。

我们选择了 EconoDual IGBT 模块，因为它是一种流行的封装，它们具有多种电压和电流级别（从 600V 到 1700V，以及从 100A 到 1000A），来自许多品牌，采用 IGBT 和 SiC 技术，并提供现成的栅极驱动器为他们匹配。

为什么？

因为我们想成为 最大胆、最壮观的建筑的一部分，所以没有其他开放平台能够驱动 100kW 级的电机。您所能获得的只是具有高加价的专有控制器，无法根据您的需求对其进行调整，最重要的是，您无法看到内部工作原理来评估软件和硬件的质量是否符合您的标准.

新一波电动汽车公司与专有电机驱动器相关联，我们为客户提供了将电机驱动器深度集成到他们的系统中的机会，为他们的产品提供了独特的垂直化机会。这可以节省成本并提高车辆的质量和集成度。

开放 Axiom 也展示了我们的工作质量，并使我们的团队成为理想的承包商，世界上没有多少人拥有生产高性能驱动单元的技能和知识。

多亏了 VESC，Axiom 也成为可能？基础平台稳步增长到我们可以第一次将它提升到一个新的水平，从一个爱好工具到一个完整的电动汽车技术。

谁在使用 Axiom？

自从我们今年上市以来，世界各地的一些个人和工程团队报名订购了 Axiom。我们目前处于 Beta 测试阶段，只挑选能够为我们提供宝贵反馈的装备最齐全的工程团队，以确保我们提供可靠的产品。 处理了超过一百个直接请求 ，以下是一些正在测试 Axiom 控制器的团队：

我们覆盖五大洲！

大约一半的应用用于牵引车辆（汽车、自行车、赛车），其他用于飞机，还有一些是纯粹的研发部门。

 

 

你可以用 Axiom 做什么？

几乎任何涉及强大的三相电机的东西。

• 电动汽车改装
• 电动车赛车
• 矿业
• OEM EV，例如自行车和 ATV
• 海底 ROV
• 飞机系统 (*)
• 滑翔机发射器 (*)
• 风力发电机
• 研发

你有没有想过这可以用来发射滑翔机？我们也没有！该列表主要来自与我们客户的会议。

他们为什么选择我们？

因为 VESC 的性能和用户体验？系统简直是一流的。用户需要一个界面来配置电机参数，它将是调试问题和了解机器的主要工具。向 Benjamin 的 VESC 工具致敬：

有了软件和固件，高功率应用将需要一些 非常特殊的硬件：

 

这是我们对此的看法：

• 机械匹配 EconoDual/17mm IGBT 模块。更紧凑，组装步骤更少，接线和压接更少，无需适配器部件。
•  板载集成隔离式 HVDC 和相电压监控，直接连接到 IGBT 以实现更清晰的信号和更快的组装。
• 板上直流链路电容 放电电阻。安全要求，板子不通电时放电。
• 用于测量模拟信号的射频连接器。这提供了类似模拟的信号质量，非常适合开发。
• 单独的 IGBT 故障监测。您可以判断 哪个 IGBT 出现故障。
• 过压、过流和过热的个别故障指示灯。
• 单独的 IGBT 温度监控。
• Lattice iCE40 FPGA，使用 开源工具链 进行综合和 HDL 开发。
• FPGA 持续监控所有故障输入。 如果断言任何故障，所有 PWM 活动都将关闭。
• FPGA 监督 MCU 产生的 PWM。如果检测到直通命令，则关闭 PWM。
• 我们正在  FPGA中实现这个很棒的电机控制技巧
• RJ45 端口。这些不是以太网，它们 以标准的现成方式提供 屏蔽双绞线。
• 双模拟加速器 输入。
• 双隔离 CANbus 接口 （第 2 个接口尚无固件）。
• 解析器支持。
• BiSS 绝对编码器支持（开发中的固件）。
• 正弦/余弦编码器支持。
• 向栅极驱动器提供稳压 15Vdc，并监控该电压。
• 2 个带射频连接器的 DAC 输出， 可窥探控制算法的内部情况。
• 2 开漏输出，用于驱动小负载或继电器，例如泵。
• 更多保险丝、更多 TVS、更多 EMI 过滤。

以下是一些 高分辨率图像供参考：

 

在学校必须强制使用 RF 连接器插入关键模拟信号：

可以显示隔离间隙的旧原型。对于较新的电路板，您看不到厚阻焊层

具有基于 IGBT 的功率级的无传感器全速反转：（黄色迹线是输出到 DAC 通道的观察器相位）。你不会经常看到这个

除非它是一个公理！许多全速倒车：

这是关于电路板信号质量的练习，实际上我们强烈建议在大功率构建中使用绝对编码器。

在 ADC 引脚处测量的清晰信号，以及通过 DAC 发送到示波器的电机角度。请注意在非驱动->驱动转换中如何完美跟踪电机角度。

清除故障报告

示意图顶层：

图片中的构造专为 400V 300Amp 连续运行而设计。

这个怎么运作？

它需要您的电池电压（高压直流）并使用 PWM 创建 3 个 120° 的正弦波来驱动电机。实际上，它使用空间矢量调制 (SVM)，从而减少了所需的开关量，从而减少了开关损耗。

尽管 VESC 支持在梯形和磁场定向控制控制模式下驱动电机，但我们的板仅在 FOC 下工作。它只是更适合应用程序。

FOC 是关于将您的正弦波与电机内部的实际磁场对齐，并使用由与磁通 (Iq) 正交的转矩产生电流和磁通产生电流 (Id) 组成的矢量信号来控制机器。关于这个主题有很多很好的资源， 

有关详细信息，请参阅日志！

关于这个项目的最大新闻是使之成为可能的团队的正式介绍。论坛传奇人物 HighHopes 和 Arlo1 深入参与了设计，我们一直在合作推出这款控制板，并且我们创建了来集中我们一直在做的所有合同工作。

那么这意味着什么？Arlo1 以其令人敬畏的、创纪录的构建和工具提供现场经验，而 HighHopes 为每个设计决策提供深刻的洞察力、他的电力系统知识和硬数学，而 Maxi 和我做我们最擅长的事情，工程、CAD、固件和制造. 请记住，这是 Benjamin Vedder 多年固件开发的基础，我们已经是其中的合作者。

PowerDesigns 应该将组装好的电路板提供给任何感兴趣的人。我们可以按需提供裸 PCB，但风险如此之高，当人们必须组装电路板时，我没有看到成功的构建，所以如果我们负责组装会更好。如果我们提供完整的电机控制器，那就更好了，我们正在努力提供该解决方案。

Maxi（paltatech 的联合创始人工程师）和我几个月前在硬件设计确定后转而进行固件开发和测试，同时一些 alpha 用户开始在这方面投入一些精力，实际上并不多，我们仍然渴望测试人员我们并不声称它没有错误。我们为这些高功率应用程序提供的所有代码都经过精心设计，可直接集成到 VESC 代码库中，因此它保持公开且维护良好。

硬件方面，我们有精确设置跳变点的数学，我们可以通过改变电阻随意调整，FPGA 是协同处理和安全功能的一个非常强大的补充。我们甚至与 OEM 一起设计了我们自己的 DC Link，如图所示，仍在测试中。

它是一个非常紧凑和整洁的单元。

这是一个用于研究和高功率构建的绝佳平台，我不知道任何具有这种功率级别的控制器，具有这种质量和对细节的关注，同时对用户开放以随意修改固件。

我们已经在没有外部反馈的情况下进行了很长时间，所以我很想听听你们的想法。Axiom 并不是要成为一个便宜的控制器，而是要驱动非常昂贵和危险的设备，所以它必须是一个安全可靠的硬件。

(*) Axiom 尚未获得用于飞机/航空航天应用的资格。