電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）從數(shù)據(jù)中心到通信、再到汽車(chē)，過(guò)去普遍使用的12V系統(tǒng)正在面臨越來(lái)越高的功率負(fù)載帶來(lái)的壓力，于是48V系統(tǒng)，在近幾年得到了市場(chǎng)廣泛關(guān)注。

尤其是在汽車(chē)領(lǐng)域，隨著汽車(chē)智能化、電動(dòng)化升級(jí)，汽車(chē)48V低壓系統(tǒng)也正在逐步提升各大車(chē)企、汽車(chē)供應(yīng)鏈的研發(fā)日程。

德州儀器認(rèn)為，48V系統(tǒng)在近幾年受到市場(chǎng)的關(guān)注，與電池電動(dòng)車(chē)輛 (BEV) 和混合動(dòng)力車(chē)輛 (HEV) 的日益普及有關(guān)。

48V系統(tǒng)一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是，能夠優(yōu)化BEV 成本、重量和續(xù)航里程。從電氣角度看，通過(guò)區(qū)域架構(gòu)減少線束，或者使用 48V 低壓軌進(jìn)行配電，可以縮減整車(chē)供電線束的規(guī)格，并降低電源開(kāi)關(guān)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等下游半導(dǎo)體元件的負(fù)載電流要求。因此，48V 系統(tǒng)可提供比 12V 系統(tǒng)更強(qiáng)的功率，為增加人工智能或迷你冰箱等功能提供了機(jī)會(huì)。

除此之外，采用48V系統(tǒng)后，在提供相同功率的情況下，電流將降低（例如，在 12V 下需要 100% 的電流，相比之下，在 48V 下僅需 25% 的電流），所以 48V 電壓軌可縮減線纜規(guī)格，減少線束中的功率損耗，還可能減小印刷電路板 (PCB) 的尺寸，通過(guò)縮減 48V 系統(tǒng)中的線纜規(guī)格，將使采用自動(dòng)化制造流程安裝線束成為可能，從而顯著降低成本。

在法規(guī)與環(huán)保要求方面，盡管鉛酸電池比鋰離子電池更便宜且更易生產(chǎn)，但其壽命更短，對(duì)環(huán)境的危害也更大。相關(guān)政府法規(guī)以及電動(dòng)汽車(chē)的普及促使 OEM 采用不同的輸入電源，如鋰離子電池、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和超級(jí)電容器，48V 為這些拓?fù)涮峁└`活的本地配電選項(xiàng)。

輔助駕駛系統(tǒng)在邁向自動(dòng)駕駛的過(guò)程中，所需的算力越來(lái)越高，算力硬件的功耗也隨著大幅提高，更大的功率，12V系統(tǒng)的供電能力可能不足，需要48V系統(tǒng)為算力硬件提供足夠的供電，以支撐未來(lái)自動(dòng)駕駛的需求。

那么48V系統(tǒng)，給汽車(chē)低壓系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)哪些趨勢(shì)和革新？德州儀器認(rèn)為，首先在電子電氣架構(gòu)上，區(qū)域架構(gòu)+軟件定義配電是一大變化，區(qū)域架構(gòu)不再?gòu)?a target="_blank">保險(xiǎn)絲盒引出電源，而是通過(guò)配電盒 (PDB) 和區(qū)域控制模塊 (ZCM) 分配電力，以及使用基于半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)——智能 eFuse。由軟件控制開(kāi)關(guān)、復(fù)位與優(yōu)先級(jí)，減少布線并提升可維護(hù)性與診斷能力。

其次，目前在第一代的48V架構(gòu)中，由于很多部件或是半導(dǎo)體器件還未過(guò)渡到48V，或是由于轉(zhuǎn)換成48V后無(wú)明顯的收益，所以仍會(huì)保留很多12V的器件，48V 轉(zhuǎn) 12V 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器仍然是必需的。而未來(lái)會(huì)看到更高效率、更小體積且支持雙向的轉(zhuǎn)換器。

在輔助駕駛方面，隨著L2輔助駕駛到L3自動(dòng)駕駛的轉(zhuǎn)變，L3以上的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)需要更多的安全冗余，比如采用冗余輸入電源、在某一電源失效時(shí)的智能負(fù)載管理，以及系統(tǒng)內(nèi)故障隔離等設(shè)計(jì)實(shí)踐。對(duì)電流/電壓/溫度的精確測(cè)量（部分場(chǎng)景需 <1% 精度）以及更多系統(tǒng)級(jí)診斷將成為必需，以支持自動(dòng)復(fù)位與安全閉環(huán)。

目前從市面上看，搭載48V系統(tǒng)的車(chē)型還寥寥無(wú)幾，主要有特斯拉Cybertruck和蔚來(lái)ET9，其中蔚來(lái)ET9還配備了兩個(gè)12V冗余系統(tǒng)和一個(gè)48V系統(tǒng)，其中48V系統(tǒng)專(zhuān)為主動(dòng)懸架系統(tǒng)供電。

但近年提到的48V系統(tǒng)主要是指汽車(chē)低壓系統(tǒng)中的應(yīng)用，不涉及驅(qū)動(dòng)。而MHEV中的48V驅(qū)動(dòng)其實(shí)已經(jīng)早有規(guī)模應(yīng)用，早期的一些48V低壓系統(tǒng)其實(shí)也是在MHEV車(chē)型上的48V系統(tǒng)上改進(jìn)而來(lái)。但相比于MHEV的48V，目前48V低壓系統(tǒng)要真正大規(guī)模上車(chē)，還將面臨一些挑戰(zhàn)。

根據(jù)德州儀器介紹，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì) MHEV（ISO 21780 等），針對(duì) BEV 和 48V 低壓網(wǎng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仍在制定，OEM 往往需要自建規(guī)范；電壓提升后，開(kāi)關(guān)損耗和電磁兼容性問(wèn)題更突出；48V 與 12V 共存的混合架構(gòu)會(huì)帶來(lái)短路、冗余設(shè)計(jì)和功能安全的問(wèn)題。

對(duì)于芯片而言，轉(zhuǎn)換到48V系統(tǒng)，面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)包括瞬變電壓、爬電距離和電氣間隙要求、電磁兼容性 (EMC) 標(biāo)準(zhǔn)，以及集成電路 (IC) 成本。

隨著汽車(chē)系統(tǒng)中越來(lái)越多使用 48V 直流/直流電源軌，降壓轉(zhuǎn)換器因具有較高的 dv/dt 和 di/dt，可能導(dǎo)致系統(tǒng)較難滿(mǎn)足 EMI 規(guī)格要求。

48V 下的電弧是一個(gè)問(wèn)題，因此輸出端和元器件必須具備足夠的爬電距離和電氣間隙，以防止不同電壓點(diǎn)之間發(fā)生電弧。通過(guò)軟件、電壓和電流檢測(cè)的結(jié)合，可以幫助檢測(cè)電弧并快速關(guān)閉必要的開(kāi)關(guān)以阻止電弧繼續(xù)。還可以開(kāi)發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，更好地區(qū)分電弧波形與車(chē)輛中的自然瞬態(tài)，以幫助避免誤報(bào)。

在許多第一代 48V 架構(gòu)中，48V 轉(zhuǎn) 12V 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器仍然是必需的，因?yàn)椴⒎撬械膱?zhí)行器和半導(dǎo)體都已經(jīng)過(guò)渡到 48V 工作，或者說(shuō)過(guò)渡后并無(wú)明顯收益。根據(jù)所需功率、板子尺寸、成本和效率，48V 轉(zhuǎn) 12V 的轉(zhuǎn)換有多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇。標(biāo)準(zhǔn)方法是采用傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器或控制器，以及先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如開(kāi)關(guān)電容轉(zhuǎn)換器 (SCC) 和開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電感轉(zhuǎn)換器 (STC)。

而針對(duì)汽車(chē)48V低壓架構(gòu)的應(yīng)用，德州儀器目前推出了多種解決方案為客戶(hù)提供支持。

在48V 配電方面，德州儀器提供包括智能電子保險(xiǎn)絲開(kāi)關(guān)、理想二極管和電流檢測(cè)放大等產(chǎn)品，以及集成I2-t導(dǎo)線保護(hù)、集成和外部柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 的解決方案；針對(duì)電源ORing的高效反向電流保護(hù)；具有雙向選項(xiàng)的精確集成或外部電流檢測(cè)等解決方案。
48V負(fù)載驅(qū)動(dòng)器包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、高側(cè)和低側(cè)開(kāi)關(guān)以及LED驅(qū)動(dòng)器，德州儀器可以提供多種方案：>70V 最大輸入電壓。高熱密度封裝，可實(shí)現(xiàn)緊湊型印刷電路板設(shè)計(jì)；具有集成和外部 FET 解決方案的可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)器；TI功能安全型器件；智能診斷功能；集成壓擺率控制和其他電磁干擾 (EMI) 降低技術(shù)。

在48V電源解決方案上，TI的解決方案可為48V 應(yīng)用提高效率、減小設(shè)計(jì)尺寸并降低 EMI。應(yīng)用場(chǎng)景包括：800V 或 400V 至 48V 轉(zhuǎn)換；48V 至 0.5V-16V 轉(zhuǎn)換；48V 鋰離子電池和超級(jí)電容器充電；48V 至 USB Type-C PD；48V 至音頻放大器電源等。

小結(jié)：

得益于48V低壓架構(gòu)帶來(lái)的電力容量提升、線束重量降低等優(yōu)勢(shì)，在未來(lái)汽車(chē)的智能化不斷提升，自動(dòng)駕駛技術(shù)持續(xù)提高的趨勢(shì)下，毫無(wú)疑問(wèn)，48V長(zhǎng)期來(lái)看將會(huì)替代12V成為汽車(chē)行業(yè)的主流。隨著這些技術(shù)成熟，48V 系統(tǒng)將在整車(chē)減重、智能化和高功率負(fù)載驅(qū)動(dòng)方面釋放巨大潛力。而這一輪汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)，也將會(huì)為半導(dǎo)體領(lǐng)域帶來(lái)巨大的市場(chǎng)增量空間。