幫助實現汽車48V轉型

轉載自電力系統設計（PSD）

作者：Ally Winning，PSD歐洲編輯

將車輛配電從12V更改為48V的好處太多了，儘管這並不現實。有意思的是，我清楚地記得二十五年前，我剛開始擔任編輯時，就寫過幾乎一模一樣的文字。然而，如今有更多證據表明48V轉型將會成功。

有很多原因解釋為什麼向48V的轉型沒有真正成功。也許最重要的原因是內燃機（ICE）車輛和其他類型的車輛不同，並不能從48V轉型中獲得諸多好處。同樣重要的是，汽車行業多年來積累了大量的12V零部件，都經過了驗證，品質合格並且可以量產，從而降低成本。然而，道路上越來越多的電動汽車和混合動力汽車在一定程度上改變了情況。電動車、混合動力電動車（HEV）和輕度混合動力電動車（MHEV）能夠更好地利用48V系統，通過煞車系統再生能量，從而直接提升續航里程。隨著道路上電動汽車的佔比越來越大，48V變得更加可行，從經濟上更好的激勵相關設計。

通過再生煞車提升的續航里程，這甚至不是48V系統最主要的優勢。隨著越來越多的電子設備納入車輛設計中，連接設備所需的佈線量也會增加，這就會提高了成本和重量。48V配電將有助於減少這種情況。Diodes公司切換電源產品業務部經理Aditya Ambardar解釋說：“一個800W，在12V架構下，電流約為67A；如果換到48V，電流就減少為17A左右，如此一來，傳導損就會耗降低16倍。另外，由於電流減少了75%，為整車輸送電力的佈線也可以減少類似的比例。48V架構使佈線系統更便宜，因為需要的銅更少，重量也更輕，從而提高車輛的工作效率，直接提升續航里程。此外，汽車行業也正在轉向區域架構，專門為了減少複雜度和節省佈線，所以轉向48V配電與新架構相結合，好處就更多了。”

儘管向48V轉型的市場條件正在改善，但要實現這一轉變，仍需要做很多工作。Diodes公司已制定一項協助設計人員的策略，提供豐富的的元器件，全力支援設計快速投入使用。

Ambardar補充：“要開發48V系統，設計人員需要使用60V元器件來處理瞬態電壓。我們的一些客戶甚至會使用80V或100V元件，具體取決於架構和出現的瞬變類型。因此，我們提供所有不同電壓的DC/DC轉換器、高側開關、MOSFET和其他元器件。然而，設計工作不只是選擇正確的電壓——與12V系統相比，48V的爬電距離和電氣間隙要求更高。開關48V也會帶來更多EMI問題，而且設計需要通過CISPR 25發射要求。為此，必須正確設計PCB並選擇正確的元器件。在Diodes，我們擁有大量滿足CISPR 25設計要求的參考設計，可以用來幫助客戶，允許合規設計成為客戶系統的一部分。”

設計48V系統還有一個缺點：48V 電源軌並不能直接給汽車上所有子系統工作運行，有許多IC和其他元件需要較低的電壓。從12V只需一步即可下變頻為5V、3.3V和1.8V，非常高效；但從48V下變頻就困難得多，因為較低的佔空比通常意味著較低的轉換效率。

Ambardar進一步表示“除了EMI，另一個主要考慮因素是熱管理。如果效率下降一點，就意味著產生更多熱量，因此需要充分考慮熱管理。在Diodes，我們確保半導體產品的片上電阻經過最佳化設計，以最大限度減少傳導損耗，從而不會影響效率。為了最大限度地減少開關損耗，我們允許降低切換頻率。舉例來說，Diodes的AP66200Q元件允許客戶選擇降低切換頻率，以獲得更高效率；或者選擇提高切換頻率，以獲得更小的終端解決方案。我們還確保封裝能夠更好地處理散熱。最後，我們為客戶提供PCB元件佈局注意事項，從而獲得最佳性能，無需擔心熱管理問題“。

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本文最初發表於  2025 年 4 月的《歐洲電力系統設計》。