48V 电气系统进入高速档-电子发烧友网

将近五年前，美国政府发布了规定，要求汽车制造商的新车和卡车车队平均油耗达到 54.5 英里/加仑（每升 23.17 公里）——几乎是平均燃油经济性的两倍。在电动汽车和混合动力技术发展进入快车道的同时，基于48V动力的所谓“微混”和“轻度混合动力系统”的发展也进入了高速档。结果，长期使用的 12V 汽车电气系统走到了尽头。

48V 技术为汽车制造商和驾驶员提供了多项优势。它不仅可以减少对环境的影响，还可以提高发动机性能，最重要的是，可以降低油耗。

然而，随着新技术的出现，车辆中的电力负载量呈指数级增长。包括远程信息处理、辅助电加热系统、复杂的动力传动系统管理、防抱死制动系统 (ABS)、电子稳定程序 (ESP) 和其他数十种技术消耗大量能量，使设计进一步复杂化。虽然今天的交流发电机提供的功率水平可以满足这一需求，但强大的降压-升压转换器是 48V 系统的核心组件。

1955 年，汽车制造商推出了 12V 充电系统，取代了基于 6V 技术的旧系统。从 1955 年到 1980 年代，标准交流发电机的输出功率通常低于 0.5kW，尽管一些高效交流发电机可以产生高达 0.7kW 的功率。当今的车辆需要 3.5kW 的交流发电机输出——输出功率的七倍。

一个 14V 交流发电机产生 250A 电流，导致最大效率仅为 70%。因此，发动机必须额外提供 5kW 的功率。为了弥补这一点，需要大横截面的导体来提供更高的电流，这会增加车辆的成本和重量。这种重量降低了燃料效率，随后增加了 CO 2排放量。

48V 系统

进入 48V 技术。48V 技术允许实现许多在 12V 系统中不实用的功能，包括支持微混合动力和轻度混合动力系统。这些功能减少了 CO 2排放和整体燃料消耗，包括：

>5kW 的高性能能量回收

扩展的启停功能，例如航行或滑行

涡轮增压器、电动助力转向等单元电气化

48V 系统更多的是对现有 12V 架构的扩展，而不是替代，这使系统能够通过使用双向降压-升压转换器来处理更强大的负载，该转换器控制 12V 电平和 48V 电平（图1). 将其视为 2.5 版。

图 1：组合 12V /48V 车载电源的架构。（来源：TDK）

本次2.5版本，12V级采用标准铅酸电池，48V级采用锂离子电池，设置发电机，有助于实现更高、更高效的输出级。新的最佳实践指定并联连接双层电容器以改进电存储。

升降压转换器

如前所述，12V/48V 组合系统的核心组件是降压-升压转换器，它控制两个电压电平之间的双向能量流（图 2）。大多数降压-升压转换器专为 2kW 至 5kW 的输出而设计。

图 2：12V/48V 组合系统的降压-升压转换器电路图。（来源：TDK）

降压-升压转换器在正常模式下作为降压转换器运行，以便将 48V 电平上产生的功率正确输出到 12V 系统。如果需要48V电平输出，则采用升压模式。6 相或 8 相串联连接系统通常用于将电压和纹波电流保持在最低水平。

为了使升降压转换器在恶劣的汽车环境中正常工作，设计人员必须使用高质量、可靠的开关晶体管、功率电感器和存储电容器。例如，如果设计要求转换器中的存储和平滑扼流圈使用功率电感器，则应指定陶瓷 SMD 组件。除了用于绕组的两个焊盘之外，功率扼流圈还应具有第三个焊盘，以提高 PCB 上元件的机械稳定性。如果无法使用 SMD 电感器，也可以使用带 PTH 端接的电感器。所有组件都应设计为在 -40°C 至 150°C 的温度范围内运行。

耐振动电容器

除电感器外，降压-升压转换器中的其他关键组件应该是坚固的铝电解电容器，用于转换器中的存储和平滑扼流圈。此类电容器还应在高达 150°C 的温度下工作。

这些电容器应专门为满足汽车电子产品的严格要求而设计，例如TDK的B41689和B41789系列。这些铝电解电容器的特点是高达 60g 的极高振动强度和焊星设计。一些电容器的两端都带有阴极板触点，以实现低 ESL 值的优化安装。

指定的电容器还应具有低等效串联电阻 (ESR) 值，从而产生更高的纹波电流能力和更低的损耗。电容器的额定电压应为 25V、40V（对于 12V）和 63V（对于 48V）。有了这些电压，它们就可以在两个电压等级的新车载电源系统中使用。电容范围从 360µF 扩展到 4500µF。

电动涡轮增压器

48V 技术提供了额外的好处，使电动涡轮增压器或电动涡轮增压器能够更高效地驱动发动机（图 3）。直到最近，传统的涡轮增压器都是由废气驱动的，这意味着随着发动机转速的提高，它们的性能会更好。传统涡轮增压器的一个缺点是从它们启动到启动的时间稍有延迟。这种延迟被称为涡轮迟滞。

48V 系统通过使用电动充电器消除了这一缺陷。这使得涡轮增压器能够即时响应并以较低的速度工作，从而提高整体效率，无论是在城市交通条件下还是在高速公路上。

图 3：电动涡轮增压器可提高发动机效率。（来源：TDK）

事实上，将传统涡轮增压器与电动涡轮增压器相结合可进一步提高增压压力，以便在发动机高速运转时关闭电动增压器，从而节省功率并提高整体效率。

48V 技术不仅提高了发动机性能和效率，而且对希望降低油耗的驾驶员也很有吸引力。它创造了一辆真正装备精良的汽车，可以在 48V 下从 0 到 60（0 英里/小时到 60 英里/小时或 0 公里/小时到 96.56 公里/小时）。凭借这项技术提供的所有优势，48V 电气系统已进入高速档也就不足为奇了。

TDK Corporation 是一家领先的电子公司，总部位于日本东京。它成立于 1935 年，旨在将铁氧体商业化，铁氧体是电子和磁性产品的关键材料。TDK 的产品组合包括无源元件，如陶瓷、铝电解和薄膜电容器、铁氧体和电感器、高频产品、压电和保护元件，以及传感器和传感器系统以及电源。这些产品以 TDK、EPCOS、InvenSense、Micronas、Tronics 和 TDK-Lambda 等产品品牌销售。TDK 的其他主要产品组包括磁性应用产品、能源设备和闪存应用设备。TDK 专注于信息和通信技术以及汽车、工业和消费电子领域的高要求市场。