芝能智芯出品

汽車行業(yè)向電氣化轉(zhuǎn)型加速，48V系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用日益廣泛，其與12V系統(tǒng)的結(jié)合成為提升汽車性能和功能的關(guān)鍵路徑，48V-12V DC-DC轉(zhuǎn)換器作為連接兩個(gè)電壓系統(tǒng)的核心部件，需求不斷攀升。

安森美做了一份白皮書，介紹了48V-12V的系統(tǒng)解決方案，涵蓋從功率模塊到各種分立器件等豐富產(chǎn)品組合。我們可以一起來看看。

Part 1

48V系統(tǒng)的需求分析與方案選擇

汽車行業(yè)正經(jīng)歷深刻變革，自1898年引入電氣照明以來，對電氣特性和功能的需求持續(xù)增長。

12V系統(tǒng)在面對日益增加的電氣負(fù)載時(shí)已顯露出極限，汽車行業(yè)向48V系統(tǒng)過渡的趨勢愈發(fā)明顯。48V系統(tǒng)能夠提供更大的可用功率，有助于縮小電線和連接器尺寸，從而適應(yīng)更多電氣功能的同時(shí)降低功耗。

在輕度混合動力汽車（MHEV）中，48V-12V DC-DC轉(zhuǎn)換器尤為關(guān)鍵，它將新的48V電池與傳統(tǒng)12V電池相結(jié)合，為不同負(fù)載供電，確保車輛各系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

智能駕駛和自動駕駛功能的不斷演進(jìn)，對功率的需求也日益增加。線控轉(zhuǎn)向、線控制動等功率消耗較大的配件，需要穩(wěn)定且高效的電源供應(yīng)。48V系統(tǒng)因其更高的電壓裕量，能夠更好地滿足這些高功率需求，為車輛的智能化和自動化提供有力支持。

全球MHEV市場呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢，盡管其增速不及純電動汽車（BEV）和插電混合動力汽車（PHEV）市場，但仍占據(jù)重要份額。

2021年全球MHEV市場價(jià)值為711.9億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到3332.7億美元，2021年至2030年的復(fù)合年增長率（CAGR）為18.5%。

亞太地區(qū)由于車輛銷量高，尤其是中國市場的強(qiáng)勁需求，占據(jù)了最大的市場份額，預(yù)計(jì)未來增長速度將更快。這一市場增長趨勢為48V-12V DC-DC轉(zhuǎn)換器市場帶來了廣闊的發(fā)展空間。

48V系統(tǒng)在汽車中的普及，傳統(tǒng)12V配件將逐步向48V總線遷移，這將進(jìn)一步推動48V-12V DC-DC轉(zhuǎn)換器市場的增長。同時(shí)，48V系統(tǒng)在商用車、農(nóng)用車等領(lǐng)域的應(yīng)用也在逐漸增加，為轉(zhuǎn)換器市場帶來了更多的市場機(jī)會。

onsemi提供的48V-12V DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案具有高度集成化和模塊化的特點(diǎn)，能夠有效減少系統(tǒng)復(fù)雜度，提高系統(tǒng)可靠性。

其汽車電源模塊（APM）系列產(chǎn)品集成了多個(gè)MOSFET，可處理多種典型應(yīng)用，提升了系統(tǒng)的集成度和性能。通過采用冗余設(shè)計(jì)等措施，確保在關(guān)鍵安全系統(tǒng)中的可靠性。

在功率轉(zhuǎn)換效率方面，采用的新型T10屏蔽柵極溝槽技術(shù)，優(yōu)化了效率，降低了輸出電容及關(guān)鍵性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了更低的導(dǎo)通電阻和柵極電荷，從而提升了整體轉(zhuǎn)換效率。

Part 2

48V轉(zhuǎn)換器技術(shù)細(xì)節(jié)

● DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與工作原理：常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是非隔離雙向同步升降壓拓?fù)洌�這種結(jié)構(gòu)在12V - 48V車載系統(tǒng)中具有獨(dú)特優(yōu)勢。

◎ 從48V側(cè)看，它可用作同步降壓轉(zhuǎn)換器；

◎ 從12V側(cè)看，則轉(zhuǎn)變?yōu)橥�步升壓轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)雙向電流流動，滿足不同工況下的功率傳輸需求。

在降壓模式下，功率級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常為同步降壓轉(zhuǎn)換器，通過合理配置MOSFET的開關(guān)狀態(tài)，將48V電壓降低至12V，為12V負(fù)載供電。

為確保穩(wěn)定的輸出電壓，MCU在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

MCU持續(xù)監(jiān)控輸入和輸出電壓、電流及溫度等參數(shù)，并根據(jù)這些反饋信息動態(tài)調(diào)整PWM占空比和開關(guān)頻率。例如，當(dāng)輸入電壓波動或負(fù)載變化時(shí)，MCU能夠及時(shí)調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。

同時(shí)，電流檢測對于控制功率流、防止過流至關(guān)重要，它確保了系統(tǒng)在安全運(yùn)行范圍內(nèi)工作。

● 功率級設(shè)計(jì)與元器件選擇：功率級中的MOSFET是影響系統(tǒng)效率的關(guān)鍵因素之一。

onsemi的T10技術(shù)在低壓和中壓MOSFET中表現(xiàn)出色，其屏蔽柵極溝道設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了超低Q?和RDS(ON)<1mΩ的特性，有效降低了導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。

該技術(shù)還通過其行業(yè)領(lǐng)先的軟恢復(fù)體二極管（Qrr, Trr）減少了振鈴、過沖和噪聲，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

多相轉(zhuǎn)換器在大功率應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢，onsemi考慮采用多達(dá)6個(gè)交錯（并聯(lián)）功率級（相位）的多相DC - DC雙向轉(zhuǎn)換器。與單相轉(zhuǎn)換器相比，多相轉(zhuǎn)換器輸出紋波更低，可使用更小的電容器，瞬態(tài)響應(yīng)更快，同時(shí)還能改善電感尺寸和PCB上的功率耗散。

在元器件選擇時(shí)，需綜合考慮電壓、電流、功率等參數(shù)，確保其滿足系統(tǒng)在不同工況下的性能要求。

系統(tǒng)中的冗余設(shè)計(jì)與可靠性保障48V電力網(wǎng)絡(luò)的元件冗余對于確保電力系統(tǒng)的可靠性和彈性至關(guān)重要，尤其是在關(guān)鍵安全系統(tǒng)中。

onsemi提供了多種具有低RDS(ON)的80V MOSFET，如NVBLS0D8N08X、NVMFS1D9N08X等，以及車用功率模塊NXV08B800DT1等產(chǎn)品，這些器件可通過構(gòu)建冗余網(wǎng)絡(luò)提高48V電氣架構(gòu)的穩(wěn)健性。

在單個(gè)元件發(fā)生故障時(shí)，冗余元件可作為備份，防止整個(gè)系統(tǒng)中斷，確保車輛的安全運(yùn)行。

冗余設(shè)計(jì)有助于提高車輛電氣結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)健性，降低因電氣短路等故障引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。例如，帶有冗余開關(guān)的48V冗余電力總線可防止故障傳播，確保關(guān)鍵功能在系統(tǒng)故障時(shí)無縫轉(zhuǎn)移。

電子保險(xiǎn)絲（eFuse）NIV3071可保護(hù)下游負(fù)載免受短路、過載和過流事件的影響，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的可靠性。

小結(jié)

汽車48V-12V DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)在汽車電氣化進(jìn)程中扮演著舉足輕重的角色，我們持續(xù)關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新！

       原文標(biāo)題 : 技術(shù)解析｜汽車48V-12V DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)