電子發燒友網報道(文/梁浩斌)在燃油車時代,車載低壓電子系統上都沿用12V電壓,畢竟在很長時間里,車載電氣設備的功率都不大,12V電源足夠提供整車電氣設備的供電。
但隨著汽車電氣化趨勢,包括混合動力、能量回收、發動機啟停等需求,用到了更多大功率負載的設備,令12V系統不堪重負。于是48V系統就順應時代發展被引進汽車,最早是2011年歐洲多家車企聯合推出針對混動系統負載需求的48V系統。當時,有48V系統是專為動力部分而設,其他車載電氣部件沿用12V系統的同時,增加一組48V電池用于混動系統。
如今汽車智能化需求也在凸顯,整車低壓系統切換到48V成為新趨勢。
電動汽車時代,大功率需求增加
近年AI對算力的需求,加速了數據中心電源架構從12V轉向48V的進程。相比12V電源,48V系統的功率容量是12V的四倍,這也意味著系統能夠支撐更大的功率負載。與此同時,在相同的功率下,48V系統的損耗也更小,如果替換原有的12V系統,那么在線纜、連接器部分可以選擇更低成本的產品。
那么電源架構在數據中心的變化,與目前汽車上的變化是相同的邏輯。在汽車電氣化,電動汽車逐漸被推上主流舞臺的大背景下,車載設備用電需求激增。
在智能駕駛方面,智駕芯片算力越來越高、傳感器數量越來越多;座艙內的娛樂設備升級,包括高分辨率、大屏幕、多屏幕、電動座椅、電動門、高功率的音響系統等;底盤上,電控主動懸掛、線控轉向、線控剎車等新增配置;外觀上,車燈樣式更加豐富,LED點陣的大面積應用增加了整車燈光應用的用電需求。
在實際應用中,48V可能以多種形式出現,比如48V與12V共存,同時配備兩種電壓的電池組,在底盤、混合動力系統等部分用48V,座艙內用12V;又比如只配備48V電池組,高壓電池組通過DC-DC為其供電,電氣設備使用全48V,或部分設備使用12V,經過DC-DC降壓為這部分設備供電,
實際上由于供應鏈尚未成熟,以及車企較為保守的態度,目前量產的全48V低壓架構車型只有特斯拉Cybertruck。
有意思的是,因為電控主動懸掛、線控轉向的加入導致功耗增加,但供應商還無法提供一些48V的設備,這種情況下蔚來在ET9上采用了一種巧妙的方法,使用雙路12V電源,配合雙DC-DC實現主動懸架的大功率用電需求,同時其他設備也能夠沿用12V。
當然,整體往48V演進是必然的趨勢,但目前還需要等到供應鏈的成熟。
48V系統需要的中低壓MOSFET
48V系統中,電池組充滿電的最高電壓是60V,因此過去在12V系統上用到的低壓MOSFET不再適用。因此近期多家廠商都推出了80V以上的中壓MOSFET,針對車載48V系統的應用。
今年4月,英飛凌推出了OptiMOS? 7 80V的首款產品IAUCN08S7N013,據稱是業內導通電阻最低的80 V MOSFET。與上一代產品相比,IAUCN08S7N013的導通電阻降低了50%以上,最高不超過1.3 mΩ,達到目前業內的領先水平。同時采用了高電流SSO8 5 x 6 mm2 SMD封裝,在小封裝下實現了更低的傳導損耗、更強的開關性能和更高的功率密度,取得AEC-Q101標準以上的認證,適用于汽車直流-直流轉換器、48 V電機控制(例如電動助力轉向系統(EPS))、48 V電池開關以及電動兩輪車和三輪車等。
另外100V的 MOSFET也能用于汽車48V系統,英飛凌OptiMOS系列目前有多款車規級100V MOSFET產品。
安森美今年6月推出最新的T10 PowerTrench系列也為汽車48V系統提供80V中壓MOSFET,T10技術采用了屏蔽柵極溝槽結構,通過其行業領先的軟恢復體二極管(Qrr, Trr)減少了振鈴、過沖和噪聲,實現了性能與恢復特性之間的平衡。
T10技術節點有M和S兩條路線,其中M具有極低的導通電阻和軟恢復體二極管,5×6封裝的80V MOSFET導通電阻可以低至0.79mΩ,專為電機控制和負載開關進行優化;T10-S專為開關應用設計,注重降低輸出電容,整體效率更高,但導通電阻會比M系列稍高。
在硅基MOSFET之外,GaN行業也對汽車48V系統虎視眈眈。去年英諾賽科發布了一款采用16顆 InnoGaN器件的2.4kW buck/boost 方案,為輕混汽車48V系統提供基于GaN的先進解決方案,與當前的Si解決方案相比,Buck滿載效率(2400W)提升1.8%,整機損耗減小41%。
另外還有多家功率GaN廠商已經推出100V GaN FET產品,布局汽車48V系統,包括EPC、TI、英飛凌、氮矽科技等。
小結:
從產業鏈發展的階段來看,未來很長時間內汽車低壓系統可能都會是12V和48V共存的狀態,但隨著主機廠需求和供應鏈的推進,低壓系統全部切換48V也只是時間問題。
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