电子发烧友网报道（文/梁浩斌）从数据中心到通信、再到汽车，过去普遍使用的12V系统正在面临越来越高的功率负载带来的压力，于是48V系统，在近几年得到了市场广泛关注。尤其是在汽车领域，随着汽车智能化、电动化升级，汽车48V低压系统也正在逐步提升各大车企、汽车供应链的研发日程。德州仪器认为，48V系统在近几年受到市场的关注，与电池电动车辆 (BEV) 和混合动力车辆 (HEV) 的日益普及有关。48V系统一个显著优势是，能够优化BEV 成本、重量和续航里程。从电气角度看，通过区域架构减少线束，或者使用 48V 低压轨进行配电，可以缩减整车供电线束的规格，并降低电源开关和电机驱动器等下游半导体元件的负载电流要求。因此，48V 系统可提供比 12V 系统更强的功率，为增加人工智能或迷你冰箱等功能提供了机会。除此之外，采用48V系统后，在提供相同功率的情况下，电流将降低（例如，在 12V 下需要 100% 的电流，相比之下，在 48V 下仅需 25% 的电流），所以 48V 电压轨可缩减线缆规格，减少线束中的功率损耗，还可能减小印刷电路板 (PCB) 的尺寸，通过缩减 48V 系统中的线缆规格，将使采用自动化制造流程安装线束成为可能，从而显著降低成本。在法规与环保要求方面，尽管铅酸电池比锂离子电池更便宜且更易生产，但其寿命更短，对环境的危害也更大。相关政府法规以及电动汽车的普及促使 OEM 采用不同的输入电源，如锂离子电池、DC/DC 转换器和超级电容器，48V 为这些拓扑提供更灵活的本地配电选项。辅助驾驶系统在迈向自动驾驶的过程中，所需的算力越来越高，算力硬件的功耗也随着大幅提高，更大的功率，12V系统的供电能力可能不足，需要48V系统为算力硬件提供足够的供电，以支撑未来自动驾驶的需求。那么48V系统，给汽车低压系统会带来哪些趋势和革新？德州仪器认为，首先在电子电气架构上，区域架构+软件定义配电是一大变化，区域架构不再从保险丝盒引出电源，而是通过配电盒 (PDB) 和区域控制模块 (ZCM) 分配电力，以及使用基于半导体的开关——智能 eFuse。由软件控制开关、复位与优先级，减少布线并提升可维护性与诊断能力。其次，目前在第一代的48V架构中，由于很多部件或是半导体器件还未过渡到48V，或是由于转换成48V后无明显的收益，所以仍会保留很多12V的器件，48V 转 12V 的 DC/DC 转换器仍然是必需的。而未来会看到更高效率、更小体积且支持双向的转换器。在辅助驾驶方面，随着L2辅助驾驶到L3自动驾驶的转变，L3以上的自动驾驶系统需要更多的安全冗余，比如采用冗余输入电源、在某一电源失效时的智能负载管理，以及系统内故障隔离等设计实践。对电流/电压/温度的精确测量（部分场景需 <1% 精度）以及更多系统级诊断将成为必需，以支持自动复位与安全闭环。目前从市面上看，搭载48V系统的车型还寥寥无几，主要有特斯拉Cybertruck和蔚来ET9，其中蔚来ET9还配备了两个12V冗余系统和一个48V系统，其中48V系统专为主动悬架系统供电。但近年提到的48V系统主要是指汽车低压系统中的应用，不涉及驱动。而MHEV中的48V驱动其实已经早有规模应用，早期的一些48V低压系统其实也是在MHEV车型上的48V系统上改进而来。但相比于MHEV的48V，目前48V低压系统要真正大规模上车，还将面临一些挑战。根据德州仪器介绍，现有标准主要针对 MHEV（ISO 21780 等），针对 BEV 和 48V 低压网的行业标准仍在制定，OEM 往往需要自建规范；电压提升后，开关损耗和电磁兼容性问题更突出；48V 与 12V 共存的混合架构会带来短路、冗余设计和功能安全的问题。对于芯片而言，转换到48V系统，面临的设计挑战包括瞬变电压、爬电距离和电气间隙要求、电磁兼容性 (EMC) 标准，以及集成电路 (IC) 成本。随着汽车系统中越来越多使用 48V 直流/直流电源轨，降压转换器因具有较高的 dv/dt 和 di/dt，可能导致系统较难满足 EMI 规格要求。48V 下的电弧是一个问题，因此输出端和元器件必须具备足够的爬电距离和电气间隙，以防止不同电压点之间发生电弧。通过软件、电压和电流检测的结合，可以帮助检测电弧并快速关闭必要的开关以阻止电弧继续。还可以开发机器学习算法，更好地区分电弧波形与车辆中的自然瞬态，以帮助避免误报。在许多第一代 48V 架构中，48V 转 12V 的 DC/DC 转换器仍然是必需的，因为并非所有的执行器和半导体都已经过渡到 48V 工作，或者说过渡后并无明显收益。根据所需功率、板子尺寸、成本和效率，48V 转 12V 的转换有多种不同的拓扑结构可供选择。标准方法是采用传统的降压转换器或控制器，以及先进的拓扑结构，如开关电容转换器 (SCC) 和开关储能电感转换器 (STC)。而针对汽车48V低压架构的应用，德州仪器目前推出了多种解决方案为客户提供支持。在48V 配电方面，德州仪器提供包括智能电子保险丝开关、理想二极管和电流检测放大等产品，以及集成I2-t导线保护、集成和外部栅极场效应晶体管 (FET) 的解决方案；针对电源ORing的高效反向电流保护；具有双向选项的精确集成或外部电流检测等解决方案。48V负载驱动器包括电机驱动器、高侧和低侧开关以及LED驱动器，德州仪器可以提供多种方案：>70V 最大输入电压。高热密度封装，可实现紧凑型印刷电路板设计；具有集成和外部 FET 解决方案的可扩展驱动器；TI功能安全型器件；智能诊断功能；集成压摆率控制和其他电磁干扰 (EMI) 降低技术。在48V电源解决方案上，TI的解决方案可为48V 应用提高效率、减小设计尺寸并降低 EMI。应用场景包括：800V 或 400V 至 48V 转换；48V 至 0.5V-16V 转换；48V 锂离子电池和超级电容器充电；48V 至 USB Type-C PD；48V 至音频放大器电源等。小结得益于48V低压架构带来的电力容量提升、线束重量降低等优势，在未来汽车的智能化不断提升，自动驾驶技术持续提高的趋势下，毫无疑问，48V长期来看将会替代12V成为汽车行业的主流。随着这些技术成熟，48V 系统将在整车减重、智能化和高功率负载驱动方面释放巨大潜力。而这一轮汽车产业的技术升级，也将会为半导体领域带来巨大的市场增量空间。声明：本文由电子发烧友原创，转载请注明以上来源。如需入群交流，请添加微信elecfans999，投稿爆料采访需求，请发邮箱huangjingjing@elecfans.com。
