【導讀】隨著自動駕駛功能以及舒適性、便利性和信息娛樂功能需求的不斷增長，汽車內對電能的需求日益增長。當今汽車具有越來越多的傳感器、執(zhí)行器以及讀取傳感器并控制執(zhí)行器的電子控制模塊（ECU）。與此同時，對混合動力和電動汽車的需求不斷增長使得能效成為重要的設計目標。畢竟，提高效率會增加車輛的行駛距離。
為提高電源效率，汽車設計工程師正在汽車中實現(xiàn)高壓電源板網(wǎng)。使用較高電壓的電源板網(wǎng)不僅有助于減輕車輛整體重量（例如，通過減少線束重量減重），而且還無需進行電壓電平轉換，因為較高的電壓可直接為執(zhí)行器供電。
盡管看似使用單個高壓電源板網(wǎng)是最好的選擇，但實際上，不同執(zhí)行器和ECU的功率要求不斷變化，這促使汽車系統(tǒng)設計人員在車輛中安裝兩到三個電壓電源板網(wǎng)。
本文中，我們將討論汽車設計師在下一代汽車架構中考慮的電壓電源板網(wǎng)。我們還將為您提供產品系列和資源，幫您解決與不同電源板網(wǎng)相關的各類技術挑戰(zhàn)。
圖1所示為基于不同車輛類型的車輛中不同的電壓電源板網(wǎng)可能性。
圖1：車輛電壓電源板網(wǎng)
使用12V電源板網(wǎng)為控制模塊供電
根據(jù)國際標準化組織（ISO）7637-2和ISO 16750-2標準的規(guī)定，傳統(tǒng)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，這些要求不太可能改變，但在混合動力和電動汽車中使用12 V電壓可能會導致最大電壓降低，尤其是如果12 V總線沒有交流發(fā)電機（也就是說，如果12V電源板網(wǎng)所需的所有電源都來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(wěn)壓器在ECU中實現(xiàn)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)絡供電的控制模塊中的各類技術挑戰(zhàn)。這些控制模塊具有一系列符合汽車標準的產品，如電源管理、放大器、收發(fā)器、電機驅動 和 智能電源開關。
應對48V電源板網(wǎng)中的挑戰(zhàn)
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輛類型。無論模塊類型如何，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(guī)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柵極驅動器可驅動諸如皮帶起動發(fā)電機或HVAC交流壓縮機模塊等48V執(zhí)行器。對功能安全性的需求推動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(tǒng)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(tǒng)中實現(xiàn)功能安全，設計人員可使用降壓穩(wěn)壓器、三相柵極驅動器 和 電池管理系統(tǒng)以及廣泛的電流和電壓感應放大器產品組合。
最大化高壓電源板網(wǎng)
電動汽車的電池系統(tǒng)會產生更高的電壓。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。這意味著用于驅動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，實現(xiàn)緊湊型解決方案需要高功率密度的柵極驅動器和功率級。使用多個電源板網(wǎng)還需在控制模塊內的低壓域和高壓域之間進行隔離，以確保正常運行。高壓的使用可能要求設計不僅滿足電氣安全要求，而且要滿足功能安全要求。后者的要求有必要實現(xiàn)診斷功能，從而在這些系統(tǒng)中產生額外電流、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(tǒng)。
高壓柵極驅動、電池管理系統(tǒng)、電源和信號隔離器 和高速運算放大器是廣泛的產品組合，設計人員可使用這些產品優(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(zhàn)模塊。
從低電壓到高電壓的設計
汽車設計工程師可從多類模擬和嵌入式半導體器件中進行選擇，以用于12V、48V和高壓電源板網(wǎng)。這些產品可靈活地設計具有高效ECU的車輛體系結構，并有助于實現(xiàn)功率密度、可靠性和功能安全性設計目標。
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