電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文 / 梁浩斌）從數(shù)據(jù)中心到通信領(lǐng)域，再到汽車行業(yè)，過去廣泛使用的12V系統(tǒng)正面臨著高功率負(fù)載的壓力。因此，48V系統(tǒng)在近幾年受到了市場的廣泛關(guān)注。

尤其是在汽車領(lǐng)域，隨著汽車智能化和電動化的升級，汽車48V低壓系統(tǒng)已被提上各大車企和汽車供應(yīng)鏈的研發(fā)日程。

德州儀器認(rèn)為，48V系統(tǒng)近年來受到市場關(guān)注，與電池電動車輛（BEV）和混合動力車輛（HEV）的日益普及有關(guān)。

48V系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢在于能夠優(yōu)化BEV的成本、重量和續(xù)航里程。從電氣角度看，通過區(qū)域架構(gòu)減少線束，或者使用48V低壓軌進(jìn)行配電，可縮減整車供電線束的規(guī)格，降低電源開關(guān)和電機(jī)驅(qū)動器等下游半導(dǎo)體元件的負(fù)載電流要求。所以，48V系統(tǒng)能提供比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創(chuàng)造了條件。

此外，采用48V系統(tǒng)后，在提供相同功率的情況下，電流會降低（例如，12V下需100%的電流，而48V下僅需25%）。因此，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。通過縮減48V系統(tǒng)中的線纜規(guī)格，可實現(xiàn)自動化制造流程安裝線束，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易生產(chǎn)，但壽命短且對環(huán)境危害大。相關(guān)政府法規(guī)以及電動汽車的普及促使OEM采用不同的輸入電源，如鋰離子電池、DC/DC轉(zhuǎn)換器和超級電容器，48V為這些拓?fù)涮峁┝烁`活的本地配電選項。

輔助駕駛系統(tǒng)向自動駕駛邁進(jìn)時，所需算力大幅提高，算力硬件的功耗也隨之增加。12V系統(tǒng)的供電能力可能無法滿足需求，需要48V系統(tǒng)為算力硬件提供足夠的電力，以支撐未來自動駕駛的發(fā)展。

那么，48V系統(tǒng)會給汽車低壓系統(tǒng)帶來哪些趨勢和革新呢？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革。區(qū)域架構(gòu)不再從保險絲盒引出電源，而是通過配電盒（PDB）和區(qū)域控制模塊（ZCM）分配電力，并使用基于半導(dǎo)體的開關(guān)——智能eFuse。由軟件控制開關(guān)、復(fù)位與優(yōu)先級，減少布線，提升可維護(hù)性與診斷能力。

其次，在第一代48V架構(gòu)中，由于部分部件或半導(dǎo)體器件尚未過渡到48V，或者轉(zhuǎn)換后收益不明顯，所以仍會保留很多12V的器件，48V轉(zhuǎn)12V的DC/DC轉(zhuǎn)換器仍然不可或缺。未來，將會出現(xiàn)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，隨著從L2輔助駕駛向L3自動駕駛轉(zhuǎn)變，L3以上的自動駕駛系統(tǒng)需要更多的安全冗余，如采用冗余輸入電源、在某一電源失效時進(jìn)行智能負(fù)載管理，以及系統(tǒng)內(nèi)故障隔離等設(shè)計實踐。對電流 / 電壓 / 溫度的精確測量（部分場景需<1%精度）以及更多系統(tǒng)級診斷將成為必要，以支持自動復(fù)位與安全閉環(huán)。

目前市面上搭載48V系統(tǒng)的車型較少，主要有特斯拉Cybertruck和蔚來ET9。其中，蔚來ET9配備了兩個12V冗余系統(tǒng)和一個48V系統(tǒng)，48V系統(tǒng)專為主動懸架系統(tǒng)供電。

近年提到的48V系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車低壓系統(tǒng)，不涉及驅(qū)動。而MHEV中的48V驅(qū)動早已規(guī)模應(yīng)用，早期的一些48V低壓系統(tǒng)也是在MHEV車型的48V系統(tǒng)基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。但與MHEV的48V相比，目前48V低壓系統(tǒng)要真正大規(guī)模上車，還面臨一些挑戰(zhàn)。

據(jù)德州儀器介紹，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)主要針對MHEV（如ISO 21780等），針對BEV和48V低壓網(wǎng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)仍在制定中，OEM往往需要自建規(guī)范；電壓提升后，開關(guān)損耗和電磁兼容性問題更加突出；48V與12V共存的混合架構(gòu)會帶來短路、冗余設(shè)計和功能安全等問題。

對于芯片而言，轉(zhuǎn)換到48V系統(tǒng)面臨的設(shè)計挑戰(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。

隨著汽車系統(tǒng)中越來越多地使用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)難以滿足EMI規(guī)格要求。

48V下的電弧是一個問題，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，以防止不同電壓點之間發(fā)生電弧。通過軟件、電壓和電流檢測的結(jié)合，可以檢測電弧并快速關(guān)閉必要的開關(guān)以阻止電弧繼續(xù)。還可以開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，更好地區(qū)分電弧波形與車輛中的自然瞬態(tài)，以避免誤報。

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，因為并非所有的執(zhí)行器和半導(dǎo)體都已過渡到48V工作，或者過渡后并無明顯收益。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)方法包括采用傳統(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)，如開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器（SCC）和開關(guān)儲能電感轉(zhuǎn)換器（STC）。

針對汽車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提供支持。

在48V配電方面，德州儀器提供包括智能電子保險絲開關(guān)、理想二極管和電流檢測放大等產(chǎn)品，以及集成I2 - t導(dǎo)線保護(hù)、集成和外部柵極場效應(yīng)晶體管（FET）的解決方案；針對電源ORing的高效反向電流保護(hù)；具有雙向選項的精確集成或外部電流檢測等解決方案。

48V負(fù)載驅(qū)動器包括電機(jī)驅(qū)動器、高側(cè)和低側(cè)開關(guān)以及LED驅(qū)動器，德州儀器可提供多種方案：最大輸入電壓>70V。采用高熱密度封裝，可實現(xiàn)緊湊型印刷電路板設(shè)計；具有集成和外部FET解決方案的可擴(kuò)展驅(qū)動器；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)計尺寸并降低EMI。應(yīng)用場景包括：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)帶來的電力容量提升、線束重量降低等優(yōu)勢，在未來汽車智能化不斷提升、自動駕駛技術(shù)持續(xù)進(jìn)步的趨勢下，48V長期來看將會替代12V成為汽車行業(yè)的主流。隨著這些技術(shù)的成熟，48V系統(tǒng)將在整車減重、智能化和高功率負(fù)載驅(qū)動方面釋放巨大潛力。而這一輪汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級，也將為半導(dǎo)體領(lǐng)域帶來巨大的市場增量空間。

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