汽車(chē)電氣化如何發(fā)展電壓電源板網(wǎng)

隨著(zhù)自動(dòng)駕駛功能以及舒適性、便利性和信息娛樂(lè )功能需求的不斷增長(cháng)，汽車(chē)內對電能的需求日益增長(cháng)。當今汽車(chē)具有越來(lái)越多的傳感器、執行器以及讀取傳感器并控制執行器的電子控制模塊（ECU）。與此同時(shí)，對混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)的需求不斷增長(cháng)使得能效成為重要的設計目標。畢竟，提高效率會(huì )增加車(chē)輛的行駛距離。

為提高電源效率，汽車(chē)設計工程師正在汽車(chē)中實(shí)現高壓電源板網(wǎng)。使用較高電壓的電源板網(wǎng)不僅有助于減輕車(chē)輛整體重量（例如，通過(guò)減少線(xiàn)束重量減重），而且還無(wú)需進(jìn)行電壓電平轉換，因為較高的電壓可直接為執行器供電。

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，不同執行器和ECU的功率要求不斷變化，這促使汽車(chē)系統設計人員在車(chē)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(chē)設計師在下一代汽車(chē)架構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(lèi)技術(shù)挑戰。

圖1所示為基于不同車(chē)輛類(lèi)型的車(chē)輛中不同的電壓電源板網(wǎng)可能性。

圖1 車(chē)輛電壓電源板網(wǎng)

使用12V電源板網(wǎng)為控制模塊供電

根據國際標準化組織（ISO）7637-2和ISO 16750-2標準的規定，傳統的12 V電源板網(wǎng)具有寬電壓范圍。盡管基于內燃機的汽車(chē)，這些要求不太可能改變，但在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)中使用12 V電壓可能會(huì )導致最大電壓降低，尤其是如果12 V總線(xiàn)沒(méi)有交流發(fā)電機（也就是說(shuō)，如果12V電源板網(wǎng)所需的所有電源都來(lái)自用于從高壓降壓到12V的高效DC/DC轉換器）這種情況下，可使用低輸入電壓穩壓器在ECU中實(shí)現電源管理解決方案。

設計師可靈活地解決由12V電源電源板網(wǎng)絡(luò )供電的控制模塊中的各類(lèi)技術(shù)挑戰。這些控制模塊具有一系列符合汽車(chē)標準的產(chǎn)品，如 電源管理 、 放大器 、 收發(fā)器 、 電機驅動(dòng) 和 智能電源開(kāi)關(guān) 。

應對48V電源板網(wǎng)中的挑戰

48V電源板網(wǎng)通常用于為需要更高功率的負載供電。由48 V供電的特定負載取決于車(chē)輛類(lèi)型。無(wú)論模塊類(lèi)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柵極驅動(dòng)器可驅動(dòng)諸如皮帶起動(dòng)發(fā)電機或HVAC交流壓縮機模塊等48V執行器。對功能安全性的需求推動(dòng)了對諸如負載電流感測的其他診斷電路的需求。在48V電池管理系統中，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、增強功率密度并在48 V電源板網(wǎng)系統中實(shí)現功能安全，設計人員可使用降壓穩壓器、三相柵極驅動(dòng)器 和 電池管理系統以及廣泛的電流和電壓感應放大器產(chǎn)品組合。 

最大化高壓電源板網(wǎng)

電動(dòng)汽車(chē)的電池系統會(huì )產(chǎn)生更高的電壓。諸如牽引逆變器和HVAC交流壓縮機模塊等高功率負載直接由高壓電源板網(wǎng)供電。這意味著(zhù)用于驅動(dòng)這些高壓負載的功率級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)現緊湊型解決方案需要高功率密度的柵極驅動(dòng)器和功率級。使用多個(gè)電源板網(wǎng)還需在控制模塊內的低壓域和高壓域之間進(jìn)行隔離，以確保正常運行。高壓的使用可能要求設計不僅滿(mǎn)足電氣安全要求，而且要滿(mǎn)足功能安全要求。后者的要求有必要實(shí)現診斷功能，從而在這些系統中產(chǎn)生額外電流、電壓和溫度感測解決方案。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。

高壓柵極驅動(dòng)、電池管理系統、電源和信號隔離器 和高速運算放大器是廣泛的產(chǎn)品組合，設計人員可使用這些產(chǎn)品優(yōu)化并應對高壓控制中的效率、功率密度、功能安全性和可靠性挑戰模塊。

從低電壓到高電壓的設計

汽車(chē)設計工程師可從多類(lèi)模擬和嵌入式半導體器件中進(jìn)行選擇，以用于12V、48V和高壓電源板網(wǎng)。這些產(chǎn)品可靈活地設計具有高效ECU的車(chē)輛體系結構，并有助于實(shí)現功率密度、可靠性和功能安全性設計目標。

其他資源：

參見(jiàn)我們的車(chē)輛電氣化 產(chǎn)品和設計資源。