帮助实现汽车48V转型

转载自电力系统设计（PSD）     

作者：Ally Winning，PSD欧洲编辑

将车辆配电从12V改为48V的好处太多了，尽管这并不现实。有意思的是，我清楚地记得二十五年前，我刚开始担任编辑，就写过几乎一模一样的话。然而，如今有更多证据表明48V转型将会成功。

有很多原因解释为什么之前向48V转型没有真正成功。也许最重要的原因是内燃机（ICE）车辆和其他类型的车辆不同，并不能从48V转型中获得诸多好处。同样重要的是，汽车行业多年来积累了大量12V零部件，都经过了验证，质量合格并且可以量产，从而降低成本。然而，道路上越来越多的电动汽车和混合动力汽车在一定程度上改变了局面。电动车、混合动力电动车（HEV）和轻度混合动力电动车（MHEV）能够更好地利用48V系统，通过制动系统再生能量，从而直接提升续航里程。随着道路上电动汽车的比例越来越大，48V变得更加可行，从经济上更好地激励相关设计。

通过再生制动提升续航里程，这甚至不是48V系统最主要的优势。随着越来越多的电子设备纳入车辆设计中，连接设备所需要的布线量也要增加，这就会提高成本和重量。48V配电将有助于减少这种情况。Diodes公司开关电源产品业务部经理Aditya Ambardar解释说：“一个800W系统，在12V架构下，电流约为67A；如果换到48V，电流就减少为17A左右，如此一来，传导损耗就会降低16倍。另外，由于电流减少了75%，为整车输送电力的布线也可以减少相似的比例。48V架构使布线系统更便宜，因为需要的铜更少，重量也更轻，从而提高车辆的工作效率，直接提升续航里程。此外，汽车行业也正在转向区域架构，专门为了减少复杂度和节省布线，所以转向48V配电与新架构相结合，好处就更多了。”

尽管向48V转型的市场条件正在改善，但要实现这一转变，仍需要做很多工作。Diodes公司已制定一项协助设计人员的策略，提供最丰富的元器件，全力支持相关设计快速投入使用。

Ambardar补充道：“要开发48V系统，设计人员需要使用60V元器件来处理瞬态电压。我们的一些客户甚至会使用80V或100V器件，具体取决于架构和出现的瞬变类型。因此，我们提供所有不同电压的DC/DC转换器、高侧开关、MOSFET和其他元器件。然而，设计工作不只是选择正确的电压——与12V系统相比，48V的爬电距离和电气间隙要求更高。开关48V也会带来更多EMI问题，而且设计需要通过CISPR 25发射要求。为此，必须正确设计PCB并选择正确的元器件。在Diodes，我们拥有大量满足CISPR 25设计要求的参考设计，可以用来帮助客户，允许合规设计成为客户系统的一部分。”

设计48V系统还有一个缺点：48V电源轨并不能直接给汽车上所有子系统供电工作，许多IC和其他器件需要较低的电压。从12V只需一步即可下变频为5V、3.3V和1.8V，十分高效；但从48V下变频就困难得多，因为较低的占空比通常意味着较低的转换效率。

Ambardar进一步表示：“除了EMI，另一个主要考虑因素是热管理。如果效率下降一点，就意味着产生更多热量，因此需要充分考虑热管理。在Diodes，我们确保半导体产品的片上电阻经过优化設計，以最大限度减少传导损耗，因此效率不会大幅降低。为了最大限度减少开关损耗，我们允许降低开关频率。举例来说，Diodes的AP66200Q器件允许客户选择降低开关频率，以获得更高效率；或者提高开关频率，以获得更小的终端解决方案。我们还确保封装能够更好地处理热耗散。最后，我们为客户提供PCB器件布局的注意事项，从而获得最佳性能，无需担心热管理问题。”

符合汽车标准 - 符合 AEC 标准，在通过 IATF 16949 认证的工厂制造，并支持 PPAP 文件。

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本文最初发表于  2025 年 4 月的《欧洲电力系统设计》。