汽車電氣化如何發(fā)展電壓電源板網(wǎng)

隨著自動(dòng)駕駛功能以及舒適性、便利性和信息娛樂功能需求的不斷增長(zhǎng)，汽車內(nèi)對(duì)電能的需求日益增長(zhǎng)。當(dāng)今汽車具有越來越多的傳感器、執(zhí)行器以及讀取傳感器并控制執(zhí)行器的電子控制模塊（ECU）。與此同時(shí)，對(duì)混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車的需求不斷增長(zhǎng)使得能效成為重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。畢竟，提高效率會(huì)增加車輛的行駛距離。

為提高電源效率，汽車設(shè)計(jì)工程師正在汽車中實(shí)現(xiàn)高壓電源板網(wǎng)。使用較高電壓的電源板網(wǎng)不僅有助于減輕車輛整體重量（例如，通過減少線束重量減重），而且還無需進(jìn)行電壓電平轉(zhuǎn)換，因?yàn)檩^高的電壓可直接為執(zhí)行器供電。

盡管看似使用單個(gè)高壓電源板網(wǎng)是最好的選擇，但實(shí)際上，不同執(zhí)行器和ECU的功率要求不斷變化，這促使汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在車輛中安裝兩到三個(gè)電壓電源板網(wǎng)。

本文中，我們將討論汽車設(shè)計(jì)師在下一代汽車架構(gòu)中考慮的電壓電源板網(wǎng)。我們還將為您提供產(chǎn)品系列和資源，幫您解決與不同電源板網(wǎng)相關(guān)的各類技術(shù)挑戰(zhàn)。

圖1所示為基于不同車輛類型的車輛中不同的電壓電源板網(wǎng)可能性。

圖1 車輛電壓電源板網(wǎng)

使用12V電源板網(wǎng)為控制模塊供電

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）7637-2和ISO 16750-2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，傳統(tǒng)的12 V電源板網(wǎng)具有寬電壓范圍。盡管基于內(nèi)燃機(jī)的汽車，這些要求不太可能改變，但在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車中使用12 V電壓可能會(huì)導(dǎo)致最大電壓降低，尤其是如果12 V總線沒有交流發(fā)電機(jī)（也就是說，如果12V電源板網(wǎng)所需的所有電源都來自用于從高壓降壓到12V的高效DC/DC轉(zhuǎn)換器）這種情況下，可使用低輸入電壓穩(wěn)壓器在ECU中實(shí)現(xiàn)電源管理解決方案。

設(shè)計(jì)師可靈活地解決由12V電源電源板網(wǎng)絡(luò)供電的控制模塊中的各類技術(shù)挑戰(zhàn)。這些控制模塊具有一系列符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，如 電源管理 、 放大器 、 收發(fā)器 、 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 和 智能電源開關(guān) 。

應(yīng)對(duì)48V電源板網(wǎng)中的挑戰(zhàn)

48V電源板網(wǎng)通常用于為需要更高功率的負(fù)載供電。由48 V供電的特定負(fù)載取決于車輛類型。無論模塊類型如何，連接到48 V電源板網(wǎng)的控制模塊都將需要高效、高功率密度且能夠承受ISO 21780中規(guī)定的工作電壓要求的電源管理器件。如果ECU也連接到12V電源板網(wǎng)上，則模塊也需要功能隔離。具有功能安全性的高效多相48V柵極驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)諸如皮帶起動(dòng)發(fā)電機(jī)或HVAC交流壓縮機(jī)模塊等48V執(zhí)行器。對(duì)功能安全性的需求推動(dòng)了對(duì)諸如負(fù)載電流感測(cè)的其他診斷電路的需求。在48V電池管理系統(tǒng)中，部署48V電源電源板網(wǎng)還需要高效、精確的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)管理。

為提高效率、增強(qiáng)功率密度并在48 V電源板網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能安全，設(shè)計(jì)人員可使用降壓穩(wěn)壓器、三相柵極驅(qū)動(dòng)器 和 電池管理系統(tǒng)以及廣泛的電流和電壓感應(yīng)放大器產(chǎn)品組合。 

最大化高壓電源板網(wǎng)

電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生更高的電壓。諸如牽引逆變器和HVAC交流壓縮機(jī)模塊等高功率負(fù)載直接由高壓電源板網(wǎng)供電。這意味著用于驅(qū)動(dòng)這些高壓負(fù)載的功率級(jí)需要承受高工作電壓，且需要高共模瞬變抗擾度（CMTI）。此外，實(shí)現(xiàn)緊湊型解決方案需要高功率密度的柵極驅(qū)動(dòng)器和功率級(jí)。使用多個(gè)電源板網(wǎng)還需在控制模塊內(nèi)的低壓域和高壓域之間進(jìn)行隔離，以確保正常運(yùn)行。高壓的使用可能要求設(shè)計(jì)不僅滿足電氣安全要求，而且要滿足功能安全要求。后者的要求有必要實(shí)現(xiàn)診斷功能，從而在這些系統(tǒng)中產(chǎn)生額外電流、電壓和溫度感測(cè)解決方案。此外，還需要具有精確充電狀態(tài)和健康狀態(tài)管理并保持更佳的電池均勻性的高效高壓電池管理系統(tǒng)。

高壓柵極驅(qū)動(dòng)、電池管理系統(tǒng)、電源和信號(hào)隔離器 和高速運(yùn)算放大器是廣泛的產(chǎn)品組合，設(shè)計(jì)人員可使用這些產(chǎn)品優(yōu)化并應(yīng)對(duì)高壓控制中的效率、功率密度、功能安全性和可靠性挑戰(zhàn)模塊。

從低電壓到高電壓的設(shè)計(jì)

汽車設(shè)計(jì)工程師可從多類模擬和嵌入式半導(dǎo)體器件中進(jìn)行選擇，以用于12V、48V和高壓電源板網(wǎng)。這些產(chǎn)品可靈活地設(shè)計(jì)具有高效ECU的車輛體系結(jié)構(gòu)，并有助于實(shí)現(xiàn)功率密度、可靠性和功能安全性設(shè)計(jì)目標(biāo)。

其他資源：

參見我們的車輛電氣化 產(chǎn)品和設(shè)計(jì)資源。