淺談通往42V汽車電子之路

      向42V汽車電氣系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換有許多理由。但是，42V的實際實現(xiàn)卻由于經(jīng)濟和技術(shù)方面的挑戰(zhàn)而受到種種制約。工程師在解決42V系統(tǒng)種種挑戰(zhàn)的同時，還在繼續(xù)對14V系統(tǒng)的各項指標進行優(yōu)化。但將來，似乎汽車電氣方面的增長將鐘情于42V系統(tǒng)。那時，生產(chǎn)商將不得不在能夠支持未來的42V系統(tǒng)的同時，還要繼續(xù)為目前的14V系統(tǒng)繼續(xù)提供改進型和創(chuàng)新型產(chǎn)品。本文將討論42V的實現(xiàn)并深入研究未來的發(fā)展趨勢。

路漫漫但是必然

　　42V汽車電氣系統(tǒng)的進展究竟如何？更強大的42V標準在按照最初的預測進行具體的快速實施時拋了錨，而眼下沒有人認為會馬上得到快速采用。事實上，還有一些專家預測根本不可能實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換。14V架構(gòu)和部件的最佳化，包括分布式電源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性技術(shù)，延長了14V系統(tǒng)的壽命。不過，將來的某一天，系統(tǒng)性能方面的因素將迫使汽車制造商最終接受通往42V的轉(zhuǎn)換。成功的電子電氣部件供應商更會沿著這條路來很好地支持這一不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換。不過，在研發(fā)如何成本有效地解決42V電源網(wǎng)絡(luò)所提出的各種挑戰(zhàn)的同時，制造商將會繼續(xù)對其目前的14V系統(tǒng)的產(chǎn)品進行優(yōu)化。

推動轉(zhuǎn)換的各種因素

      隨著汽車電子和電氣部件的持續(xù)發(fā)展，在如何確保提供有效功率方面，制造商面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。受到新的舒適性和安全性能、提高燃料利用效率、減少輻射、以及駕駛性能的改善等方面的驅(qū)使，汽車電子內(nèi)容增加的速度從上個年代開始大大加速，而且這種局面在未來的10~15年內(nèi)仍將繼續(xù)。電氣系統(tǒng)中的一些有代表性的功率負載的電氣功能和性能的實現(xiàn)要求在汽車電源的分配和管理方面必須進行某種方式的改進。這些新的電子系統(tǒng)為通往42V汽車電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換提供了根本的驅(qū)動力。

　　采用一個更高的電源電壓的電氣系統(tǒng)所帶來的好處包括：

　　1. 能夠滿足14V系統(tǒng)無法滿足的一些附件的功率要求；

　　2. 改善了功率管理能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

　　3. 降低了電流；

　　4. 通過減少電氣配線和部件以及利用電氣系統(tǒng)替代機械系統(tǒng)來減少了數(shù)量、體積和成本；

　　5. 增加了燃料效率；

　　6. 減小了車輛的NVH。

　　從表面上看，這么多好處似乎已經(jīng)為42V標準的采納提供了足夠的理由。然而現(xiàn)實情況是，工程改進和部件能力的提升延緩了14V系統(tǒng)的壽命。從電氣部件效率的改進、架構(gòu)的改變到系統(tǒng)級的功能集成，以及電源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的分配方法，都使得制造商延緩了通往一個完全不同的新標準的大規(guī)模轉(zhuǎn)換。此外，還有許多經(jīng)濟和技術(shù)方面的原因，這也阻止了42V系統(tǒng)的實際實現(xiàn)。這些原因包括：

　　1. 已經(jīng)為14V系統(tǒng)優(yōu)化了的部件技術(shù)和架構(gòu)的更換成本；

　　2. 更高電壓和功率電平所帶來的長期穩(wěn)定性方面的問題；

　　3. 潛在的安全問題；

　　4. 部件和導線打火問題。

圖1：42V系統(tǒng)和12V系統(tǒng)各自的優(yōu)勢比較。

42V的前方之路

　　根據(jù)我們的觀察，決定42V系統(tǒng)結(jié)果的并非一兩個因素的簡單事情。實際上是一系列因素相互混合的復雜事情，在做出決策時必須對這些因素進行折衷平衡。的確在某些方面，14V電源網(wǎng)絡(luò)無法滿足汽車電子內(nèi)容繼續(xù)增加的道路上所需的電源性能。改往42V系統(tǒng)也確實具有許許多多的理由，包括從提高燃料效率和輻射改善到能夠?qū)崿F(xiàn)更高的安全性能等。但是，事實上也具有許多維持現(xiàn)狀的理由。在通往42V的轉(zhuǎn)換中缺乏一個明確的分界線，從而需要往新技術(shù)研發(fā)方面分配一些資源。汽車電子供應商還必須繼續(xù)研發(fā)和改進基于傳統(tǒng)的14V系統(tǒng)的產(chǎn)品。與此同時，還必須緊盯未來將支持42V系統(tǒng)的技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展。

　　為了認清目前問題所在和未來之路如何走，讓我們看一下上述的優(yōu)缺點。首先可以肯定，對于42V系統(tǒng)來說，沒有解決不了的技術(shù)難題。實際的問題是成本，部分是由于與14V系統(tǒng)的比較所引起的。例如，42V系統(tǒng)能夠提供壽命可以與12V系統(tǒng)媲美的電池，但需要成本高一些的技術(shù)，比如需要用鋰電池或鎳氫電池來實現(xiàn)。電火花和腐蝕問題也可以通過增設(shè)電池切斷開關(guān)和密封連接器來實現(xiàn)，也就是說只是增加一些成本而已。

　　供應商將繼續(xù)改進技術(shù)來降低解決上述種種問題的成本。同時，汽車電子和電氣系統(tǒng)的應用將繼續(xù)增長。隨著42V系統(tǒng)的相對成本的降低和汽車電子內(nèi)容的增加，42V系統(tǒng)的采用速率將得到動力，如圖2所示。

圖2：42V系統(tǒng)的應用動力隨著系統(tǒng)成本降低和汽車電子內(nèi)容的增加而增加。

汽車電子和電氣供應商面臨的挑戰(zhàn)

　　目前的現(xiàn)狀對汽車電子和電氣部件供應商來說意味著什么呢？我們堅信這些供應商將繼續(xù)在優(yōu)化14V系統(tǒng)的同時，來解決42V系統(tǒng)所帶來的挑戰(zhàn)。這將花費研發(fā)預算，從而影響我們所處時代的經(jīng)濟。因此，必須采取技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品研發(fā)相結(jié)合的策略，從而確保有限資源的最有效利用。

　　例如，飛兆半導體繼續(xù)擴張其30V和40V的低壓PowerTrench MOSFETs產(chǎn)品系列。這些設(shè)計的目的是優(yōu)化14V系統(tǒng)的汽車應用，例如動力方向盤和混合動力起動器/發(fā)電機、以及電機-和螺線管驅(qū)動器設(shè)計中的效率、性能和電路板面積。同時，該公司還繼續(xù)研發(fā)基于相似工藝的75V先進技術(shù)的MOSFET。

　　飛兆半導體也在研發(fā)新的多功能電源新產(chǎn)品系列。這些產(chǎn)品利用了大量的模擬和功率半導體工藝以及先進的、能夠被優(yōu)化并同時用于14V和42V系統(tǒng)的封裝技術(shù)。

本文小結(jié)

　　將來，隨著汽車電子內(nèi)容的持續(xù)增加和實現(xiàn)這些系統(tǒng)的相對成本的更加合理，將會向42V系統(tǒng)持續(xù)不斷地逐步轉(zhuǎn)移。汽車電子供應商必須與汽車生產(chǎn)商密切合作以便更好地理解系統(tǒng)的需求。他們必須在構(gòu)建能夠用來支持未來42V系統(tǒng)的技術(shù)能力的同時，將研發(fā)預算繼續(xù)投入到改進和革新其支持目前的14V系統(tǒng)的產(chǎn)品上。在一個較長的時期內(nèi)，供應商還必須集中精力并以可接受的成本來解決42V電源網(wǎng)絡(luò)帶來的各種挑戰(zhàn)。