【導(dǎo)讀】目前國內(nèi)汽車行業(yè)對于整車低壓48V電源系統(tǒng)有很大的熱情， 48V并不是一個全新的技術(shù)，在過去幾年無論是燃油車還是新能源車都有使用48V作為輔助電源，以下我們對整車12V及48V電源系統(tǒng)做一個簡單的介紹。

48V電源系統(tǒng)介紹

目前國內(nèi)汽車行業(yè)對于整車低壓48V電源系統(tǒng)有很大的熱情， 48V并不是一個全新的技術(shù)，在過去幾年無論是燃油車還是新能源車都有使用48V作為輔助電源，以下我們對整車12V及48V電源系統(tǒng)做一個簡單的介紹。

傳統(tǒng)燃油車以12V作為主要的低壓電源系統(tǒng)，為了降低碳排放，在原來12V系統(tǒng)上增加了一套48V電源系統(tǒng)驅(qū)動電機(jī)，提供輔助的動力輸出，就是我們的輕混車系統(tǒng)，但是這套系統(tǒng)增加了一定的成本。

純電車也以12V作為主要的電源系統(tǒng)，但是隨著整車功能越來越豐富，有些純電車增加了一套單獨(dú)的48V電源系統(tǒng)，給一些大功率的負(fù)載（例如電子防傾桿，主動懸架等）提供電能。這些功能大大提升了終端用戶的使用體驗(yàn)，但是同樣帶來了整車系統(tǒng)成本的上升。

隨著整車功能越來越復(fù)雜，電壓系統(tǒng)的功率需求越來越大，為了降低大功率低壓系統(tǒng)的成本，一些主機(jī)廠提出了整車低壓系統(tǒng)從12V升級到48V。但是目前由于48V的供應(yīng)鏈還沒有完全成熟，不得不保留一部分的12V系統(tǒng)，當(dāng)前國內(nèi)主機(jī)廠主要研究的是12V和48V混合的電源架構(gòu)。

48V收益分析

48V電源系統(tǒng)相比于12V系統(tǒng)電壓上升了4倍，根據(jù)簡單的P=UI公式，對于相同功率的應(yīng)用電流將變?yōu)樵瓉淼?/4。整車工作電流的降低為整車帶來很多收益，以下內(nèi)容將從電流減小后帶來的收益進(jìn)行討論。整車成本的變化是一個系統(tǒng)性的話題，本文只是從48V系統(tǒng)產(chǎn)生的收益方面進(jìn)行分析，整車采用48V后還存在很多挑戰(zhàn)，并不能從本文評估出48V系統(tǒng)的整車成本的變化。

降低線束成本

整車的線束線徑是根據(jù)其通過的電流來決定的，電流越大需要使用越粗的線束。以1kW應(yīng)用為例進(jìn)行分析，12V系統(tǒng)線束上會流過83.3A的電流，需要大約10mm2的線束；48V系統(tǒng)線束上流過20.8A的電流即可，對應(yīng)需要大約1.5mm2的線束。因?yàn)槭褂昧烁?xì)的線束，線束成本將會大大減少。我們以銅價來簡單估算一下10米線束的成本變化：

• 10mm2的線束中銅的重量按照89.6g/m來估算，那么10米線束中銅的重量為896g，

• 1.5mm2的線束中銅的重量按照13.44g/m來估算，那么10米線束中銅的重量為134g。

  
  

按照0.075元/克銅價估計(jì)，48V相對于12V來說10米線束將節(jié)省85%（57.15元）的成本。

如果考慮整車最小線徑的限制，通過計(jì)算整車不同功率的線束長度，即可估算出整車改為48V后所有線束節(jié)省的成本。

48V系統(tǒng)可以降低整車功率損耗也主要是因?yàn)殡娏鞯拿黠@減少。還是以1kW應(yīng)用為例，對10米線束上的功率損耗進(jìn)行分析：

• 10mm2線束的線阻為1.82mΩ/m，流過83.3A電流，10米線束產(chǎn)生的功率損耗達(dá)到126W；

• 1.5mm2線束的線阻為12.7mΩ/m，流過20.8A電流，10米線束產(chǎn)生的功率損耗達(dá)到55W；

1kW應(yīng)用的10米線束，線上的功率損耗可以降低56%（減少71W），對應(yīng)的動力電池可以減少1.73度。如果48V使用更粗的線束，雖然會增加一些線束成本，但是可以增加續(xù)航里程或者減少動力電池成本。具體如何平衡線束成本和功率損耗，需要做更詳細(xì)的數(shù)據(jù)評估。

除了減少線束上的功率損耗，整車所有用電設(shè)備的功率損耗都會隨著電流的減小而有明顯的降低（P=I2R），包括MOSFET，DCDC，高邊開關(guān)等等。

更靈活的功率器件選擇

從12V系統(tǒng)改為48V系統(tǒng)，所有和48V相關(guān)的半導(dǎo)體器件耐壓都要增加，半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)和制造工藝都要升級，無疑會帶來一部分的成本上升。但是對于通過較大電流的功率器件（75W以上），相同功率條件下根據(jù)P=I2R，電流減小為原來1/4，那么可以選擇原來16倍Rdson的半導(dǎo)體器件。

還是以1kW應(yīng)用舉例，假如12V應(yīng)用中選擇Rdson低于0.15mΩ的MOSFET，那么48V同功率應(yīng)用可以選擇Rdson低于2.4mΩ的MOSFET。功率器件的選擇更多，對于更大功率的應(yīng)用也不需要MOSFET并聯(lián)，簡化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度。如果48V系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇更低Rdson的功率器件來減少半導(dǎo)體器件上的功率損耗，不僅可以增加續(xù)航里程還可以減少熱設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。

由前面線束的分析可以看出，48V電源系統(tǒng)可以使用更細(xì)的線束，意味著整車線束質(zhì)量會有比較明顯的降低。1kW應(yīng)用的10米線束，銅線的重量從896g降低為134g，重量減輕了85%。

更低成本的大功率功能開發(fā)

汽車的功能越來越多，有些新功能的功率需求很大。對于大于1kW的應(yīng)用，需要特殊的線束，接插件和散熱設(shè)計(jì)，甚至更大的功率根本無法實(shí)現(xiàn)。只有提高系統(tǒng)電壓，才可以支持更多的功能，同時大大降低大功率系統(tǒng)的成本。隨著汽車品牌向上的需求，未來整車會需要更大的功率來增加車輛功能，提升品牌形象。

英飛凌的48V半導(dǎo)體產(chǎn)品

英飛凌針對48V的應(yīng)用不僅在汽車行業(yè)，還在服務(wù)器和通信電源領(lǐng)域擁有多年的客戶應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，同時積累了豐富的48V半導(dǎo)體器件。隨著整車功能的增加尤其是線控底盤等技術(shù)的發(fā)展，低壓系統(tǒng)的輸出功率要求越來越大，48V電源系統(tǒng)將會成為未來重要的技術(shù)方向之一。英飛凌作為汽車行業(yè)領(lǐng)先的半導(dǎo)體廠商，不僅可以為48V應(yīng)用提供電源芯片，高邊開關(guān)，Gate Driver，橋驅(qū)芯片和MOSFET等半導(dǎo)體器件，還可以為客戶提供48V智能配電，HV-48V DCDC，48V-12V DCDC，48V線控底盤控制器，48V熱管理控制器等系統(tǒng)級的解決方案和技術(shù)支持。英飛凌現(xiàn)有的48V半導(dǎo)體器件和Demo板可以滿足目前大部分的48V應(yīng)用需求，并且可以支持OEM和Tier1做快速評估。

但未來的48V依然面臨許多技術(shù)挑戰(zhàn)：48V電壓標(biāo)準(zhǔn)不完善限制了新的48V半導(dǎo)體器件的開發(fā)，尤其耐壓的標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件影響很大，原有小功率執(zhí)行器（水泵等）采用LIN通訊在48V平臺上急需低成本平替方案，48V的爬電距離不僅會影響PCB板的設(shè)計(jì)還會影響到半導(dǎo)體器件的封裝。從整車角度48V的電弧的檢測和抑制更加重要，同時12V和48V混合電源系統(tǒng)，任意一個單點(diǎn)失效不能使48V和12V短路，整車接地和走線也會變得更加復(fù)雜。未來英飛凌會針對這些挑戰(zhàn)開發(fā)更多的48V半導(dǎo)體器件，推動48V技術(shù)的發(fā)展。

（本文作者：Jaylen Fu，Andre Mourrier；文章來源：英飛凌汽車電子生態(tài)圈）

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