采用Vicor正弦振幅转换器技术的电源模块助力主动悬架系统开发

正弦振幅转换器（SAC）模块凭借其独特的双向供电功能与瞬态响应速度组合，为主动悬架系统开辟了全新可能性。

主动悬架技术长期以来一直是豪华汽车的代名词，但如今这项技术正开始出现在更广泛、价格更亲民的车型平台上。

然而，要支撑这一普及趋势，汽车电源架构必须比传统行业标准更加灵活且响应速度更快。

最根本的要求是，悬架控制需要一个设计合理的底层电源系统，能够支持瞬时双向电流方向切换与高速瞬态响应。若系统无法快速反转电流方向或即时供电，就可能无法在颠簸路面上稳定车身，或在悬架回弹时错失能量回收良机。

遗憾的是，基于稳压 DC-DC 转换器、缓冲储能装置和 12V 电源轨的传统电力电子系统，若想满足悬架执行器的高速响应需求，往往不得不大幅增加重量和体积。

而采用Vicor 正弦振幅转换器（SAC）技术的电源模块直接解决了这两大难题：它既能实现无开关损耗的对称能量流动，又能在动态负载条件下提供近乎零延迟的电流输出。

这样的供电系统，其运作模式更像电池的直接延伸，而非传统的稳压器。

无需软件控制或开关逻辑即可实现双向电流流动

悬架执行器是汽车中少数必须同时充当负载与发电机的子系统。当悬架受路面冲击压缩时，流入线性执行器的电流，会在几毫秒后随着执行器回弹并回收动能而反向流动。因此，底层电力系统自身能否支持双向能量流动至关重要。若没有能实现快速平滑电流反转的转换器，大量再生能量将被浪费，或不得不通过电阻负载以发热形式耗散（图 1）。

基于 SAC 的转换器本质上具有行为对称性。由于其采用固定电压转换比与软谐振开关技术，电流反转无需显式控制逻辑——既无需引脚切换，也无需微控制器干预，更无需通过软件来定义源路径与汇路径之间的信号路径。

这种行为特性源于转换器本身的物理原理。当 48V 低侧电压升高（即由于能量回收），转换器会自然地将其反射回高侧。换句话说，当产生的电压超过电池轨电压时，电流便向上游（电池）流动。反之，当悬架系统需要消耗电能时，转换器无需重新配置即可从电池轨降压供电。这样一来，单一转换器即可无缝支持双向电流流动（图 1）。

图 1：Vicor BCM 模块的实验室测试表明，其可在输入与输出间实现零延迟双向运行。

相比之下，传统的稳压转换器本身并不具备双向能力。为了模拟双向功能，这类系统通常采用并联降压-升压或双路径稳压的设计，但这会增加物料清单（BOM）、扩大电路板面积需求并增加系统复杂性。这些架构还需依赖繁琐的主动检测电流转向过程，并通过软件或模拟控制回路响应以重建稳定输出。在此期间，再生能量要么被损耗，要么被分流至本地缓冲器。这种延迟不仅降低了系统整体效率，还迫使设计人员增加额外的元件，导致体积增大、重量增加及系统复杂度上升。

双向 SAC 模块则完全规避了这些问题。其行为是即时且自主的，能在不增加复杂性的前提下实现高能量回收效率。实际应用中，这意味着我们可省去以往用于管理方向控制的专用电路和固件，同时也消除了对冗余转换路径或额外电流检测的需求。

最终，这种双向转换能力源于转换器自身的谐振被动行为特性，而非由控制器协调的响应机制。

这种性能优势的影响不限于主动悬架系统。任何具备双向电流行为的子系统，如转向助力、再生制动、底盘调平或热泵回流系统，均可受益于此类简化的电流流动。因此，双向 SAC 模块为整合这些子系统的能量流设计提供了统一手段，有效降低了车内区域电源域的架构复杂性。

无需输出滤波器或缓冲器的瞬态响应

快速瞬态响应是主动悬架系统第二个硬性要求。悬架系统必须对来自路面的快速机械输入做出反应，有时响应时间需在微秒级。在此类事件中，电源系统必须能够无延迟、无压降、无过冲地输出或吸收电流。

SAC 模块直接提供了这种响应能力。基于 SAC 的电源模块在谐振频率下运行，且寄生元件极少，其电流压摆率可超过每秒 800 万安培（图 2）。

图 2：对Vicor BCM 模块的实验室测试表明，正弦振幅转换器 模块能够实现超过 8MA/s 的压摆率。

值得注意的是，这种性能无需使用输出电感、电容或本地储能装置即可达成。SAC 转换器摒弃了通过能量缓冲来平滑电压与电流瞬变的传统方式，转而采用高 Q 值谐振器，在初级侧与次级侧之间高效、可预测地传输能量。由此形成的电源路径具备极低的输出阻抗和可忽略的相位滞后，使系统能够以控制系统指令的最高速度响应负载阶跃变化，且不会出现传统滤波设计中常见的能量滞后或过冲效应。

这种响应能力对机电悬架的控制回路而言是一大关键优势。此类系统的闭环稳定性取决于电气延迟是否低于执行器及车辆惯量的机械响应时间。当电气系统能够实时跟进时，即可采用更积极的阻尼算法，从而提升操控性、减少车身侧倾，并加速从坑洼路面或变道状态中恢复平稳。

无滤波器瞬态性能的另一优势在于体积缩减。在悬架系统所需的功率等级下，输出电容和电感器通常体积庞大且散热困难。去除这些元件可直接缩小外壳尺寸、减少热管理限制，并提供更灵活的底盘布置方案。

双向供电与快速瞬态响应的结合，还为模块创造了承担新设计角色的机会。这些模块能够从 48V 电源为高压牵引母线预充电，且无需任何固件干预即可反转其标称电流方向。

当双向供电与高速瞬态响应相结合，会发生什么？

当双向电流与快速瞬态响应是核心设计约束时，系统架构将显著简化。SAC 转换器消除了对多级功率的需求，省去了中间电池或超级电容器，而且不再需要并联降压-升压或双路径稳压设计。

在传统方案中，再生电流与驱动电流可能通过不同路径传输，各自配有独立的开关、保护装置及时序逻辑。而在采用 SAC 的设计中，单个固定比率转换器即可无缝处理两种电流（图 3）。原始设备制造商因此受益于更简化的线束和更低的寄生损耗。这种架构还通过减少控制元件与同步依赖，提升了系统可靠性。

图 3：正弦振幅转换器模块可支持主动悬架供电系统，满足电池与悬架执行器之间的双向电流流动需求。

这一设计改进还实现了更高效的机械集成。SAC 模块兼具高功率密度（高达 150kW/L）与紧凑的热优化封装，可直接集成至电池舱或底盘等现有结构中。其平坦表面确保了高效热接触，而内部架构在元件高密度排布下仍能保持较低的热阻抗。

因此，这些模块的散热性能通常可媲美甚至超越分立式 MOSFET 元件，仅需外部散热片或气流管理即可输出千瓦级功率。

该方案的另一大优势是可扩展性。由于这些转换器以固定增益运行，且无需因电流方向变化或负载类型调整而重新配置，它们可通过并联实现更高输出或冗余功能。这样，单一模块类型可在整车制造商的全系车型平台中通用。例如，同一单元既可驱动跨界车型的轻量化前轴悬架，也能支撑商用厢式车的双电机后轴悬架——性能差异仅通过模块数量与散热方式调整即可实现，而无需更改设计。

双向供电与快速瞬态响应的结合，还为模块创造了承担新设计角色的机会。这些模块能够从 48V 电源为高压牵引母线预充电，且无需任何固件干预即可反转其标称电流方向。它们还能作为 48V 区域配电的主通道，管理电动泵、压缩机及热管理系统等动态双向供电应用场景。

让普通大众受益于主动悬架系统

双向电流流动与快速瞬态响应是推动主动悬架系统走向更广泛车型的两大必要条件。相较于传统电源架构与解决方案，SAC 转换器提供了一条清晰且卓越的发展路径。

目前，Vicor 是唯一能实现大规模量产 SAC 电源模块的公司。其Vicor BCM 系列模块，以响应速度、双向供电特性、高效率、散热稳定性及功率密度等独特组合，为设计者开辟了全新可能性。以 SAC 模块为核心进行系统设计，工程师能够打造出更轻量、更迅捷、更节能的悬架架构，同时显著提升集成与扩展的便捷性。凭借此类解决方案，整车制造商得以在技术可行与经济合理的双重保障下，将主动悬架技术推向更广阔的市场。