解決 48V 電網(wǎng)及 FuSa 難題, Power-SOI 推動(dòng)智能功率器件創(chuàng)新
混合動(dòng)力汽車 (HEV) 和全電動(dòng)汽車 (EV) 設(shè)計(jì)如今廣受關(guān)注,一個(gè)重要的技術(shù)趨勢正悄然影響著汽車行業(yè)——汽車動(dòng)力系統(tǒng)中的 48V 直流 (DC) 總線系統(tǒng)。48V 系統(tǒng)不僅適用于全電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車,它還適用于更常見的內(nèi)燃機(jī)汽車。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202308/450091.htm汽車應(yīng)用 48V 電網(wǎng)
48V 系統(tǒng)有何獨(dú)特之處?與在常規(guī)的供電條件下一樣,48V 系統(tǒng)歸根到底仍然遵循歐姆定律和基礎(chǔ)物理學(xué)規(guī)律,與電勢差 (V = IR)、電功率 (P = IV) 及功率損耗 (P = I2R) 相關(guān)。供電仍需要電流與電壓的結(jié)合,但電勢差(損耗)隨電流線性增加,而功率損耗也隨電流的平方而增加。簡而言之,在給定電壓下提供更多功率需要更多的電流,而更多電流會(huì)導(dǎo)致更高的電勢差和不可恢復(fù)的功率損耗。
顯然,48V 系統(tǒng)并不是一個(gè)新概念,反之,它長久以來一直為業(yè)界所探討。但是,考慮到尺寸、能量容量(安培小時(shí))、成本、壽命、安全性等因素,可充電的 12.6V(標(biāo)稱)鉛酸電池憑借其廣泛的應(yīng)用和可用性一直被作為汽車行業(yè)的主要電源總線。
然而,隨著技術(shù)的進(jìn)步,對新型車輛的動(dòng)力需求大大增加。除了啟動(dòng)器、照明、收音機(jī)、電動(dòng)車窗、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、網(wǎng)絡(luò)和信息娛樂等基本功能外,許多其他安全和便利性功能也對動(dòng)力提出更高需求,這些功能通常被歸類為高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)。
ADAS 需要在 12V 電源下提供更高的功率和支持更高能量的電池,從而為各種核心功能和新型外圍設(shè)備供電。然而,在 12V 電源條件下將 IR 壓降和 I2R 功耗保持在可接受的水平需要更粗的電纜、更多銅線和更大的連接器,這意味著在已經(jīng)受到嚴(yán)格限制的車輛中,成本、重量和擁擠程度會(huì)更高。
汽車 48V 電網(wǎng)的主要增長動(dòng)力
汽車 48V 電網(wǎng)的主要增長動(dòng)力可歸納如下:
汽車 48V 電網(wǎng)的主要增長動(dòng)力
近年來,一系列嚴(yán)格的 CO2 排放標(biāo)準(zhǔn)在全球各地相繼出臺,例如美國出臺的 2025 年企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)CAFE (Corporate Average Fuel Economy) ,歐洲對生產(chǎn)不合規(guī)車輛的處罰,以及許多規(guī)范汽車使用而制定的相關(guān)法規(guī),都拉動(dòng)了汽車行業(yè)對更高效率電氣網(wǎng)絡(luò)和架構(gòu)的需求,例如48V 電網(wǎng)。
同時(shí),一系列針對汽車內(nèi)燃機(jī)的(ICE)減排要求,如2026年的歐七排放法規(guī)(Euro 7 regulations),以及種種對汽車?yán)鋯?dòng)的限制,也增加了對 48V 電網(wǎng)的需求。
另外,48V 電池現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于兩輪車和低速電動(dòng)汽車 (LEV),且 48V 電池交換系統(tǒng)已經(jīng)在兩輪車和低速電動(dòng)汽車(LEV)中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。這降低了 48V 電池的成本,也推動(dòng)了 48V 電源總線在汽車中的采用。
隨著谷歌 48V 機(jī)架電源架構(gòu)的成功引入,48V 架構(gòu)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心和工業(yè)應(yīng)用中。這進(jìn)一步促進(jìn)了 48V 電源總線在汽車應(yīng)用中的推廣。
48V 電網(wǎng)的優(yōu)勢
48V 電源架構(gòu)具有以下主要優(yōu)勢:
48V 電源架構(gòu)能夠提供更高的系統(tǒng)效率
1. 與兩級轉(zhuǎn)換 (48V -> 12V -> POL) 架構(gòu)相比,從 48V 總線到負(fù)載點(diǎn) (POL) 電壓的直接轉(zhuǎn)換具有更高的效率
2. 如前所述,以較低電流極大地降低功耗也有助于提供更佳的系統(tǒng)效率
48V電源架構(gòu)更具成本競爭力
1. 48V 電源架構(gòu)可以減少車內(nèi) 48V 至 12V 中間總線轉(zhuǎn)換器 (IBC) 的數(shù)量
2. 48V 電源總線因具有更低的電流而使線束成本更低
48V 電源架構(gòu)支持更先進(jìn)的技術(shù)
1. 有了48V 電源總線的加持,無刷技術(shù)得以用于車內(nèi)智能電機(jī)
2. 48V 直接轉(zhuǎn)換最高支持 30kW/m 的功率,突破了 48V 到 12V IBC DCDC(大約2.5kW/m)的功率限制,助力支持更先進(jìn)的技術(shù)
48V 電源架構(gòu)與 Power-SOI
擁有 12V 子網(wǎng)的 48V 電網(wǎng)混合架構(gòu)
要支持將 48V 電源直接轉(zhuǎn)換為 POL 電壓, BCD 工藝最大額定電壓也需要增大??紤]一定的安全系數(shù),汽車 IC 的最大額定電壓約為典型電壓的 1.5 至 2 倍(例如,對 48V 標(biāo)稱電壓而言,約為100V)。為了滿足嚴(yán)格的 AEC-Q100C 要求, BCD 工藝額定電壓將是 IC 最大額定電壓的 1.5 到 2 倍左右,這使新型 BCD 工藝提出了高達(dá) 200V 額定電壓的需求。
Power-SOI 憑借其 SOI/DTI 隔離技術(shù)和超低導(dǎo)通電阻晶體管,可以將芯片尺寸大大縮小。相比體硅技術(shù),縮小超過 50%。
功能安全 (FuSa) 與 Power-SOI
由于高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 功能的巨大需求和日益復(fù)雜的汽車電子系統(tǒng),對汽車功能安全認(rèn)證 (ISO 26262) 的需求也迅速增長。
Power-SOI 助力滿足 FuSa 需求
Power-SOI 助力汽車智能電源 IC
滿足 48V 架構(gòu)和 FuSa 的更高要求
為了支持 48V 架構(gòu)并滿足更高的 FuSa 要求,對下一代汽車智能電源 IC 的需求也水漲船高,尤其是智能電機(jī)、電源管理 IC(PMIC)和系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC)IC。
Power-SOI 在滿足智能電機(jī)、PMIC 和 SBC 的主要需求方面具備以下的優(yōu)勢:
結(jié)論
Power-SOI 能夠助力 IC 設(shè)計(jì)人員獲得易于設(shè)計(jì)、具有更快上市時(shí)間 (TTM)、更穩(wěn)健設(shè)計(jì)和更高功率密度的解決方案,可以滿足嚴(yán)苛的工業(yè)要求和新興工業(yè)電源趨勢。
除了上述關(guān)鍵應(yīng)用之外,Power-SOI 還將助力提升智能電機(jī) IC、智能氣動(dòng) IC、智能電機(jī)控制器 IC、以太網(wǎng)供電 (PoE) IC 等產(chǎn)品的性能和競爭力。Soitec 擁有豐富的 Power-SOI 產(chǎn)品組合(200mm 和 300mm ) 及工業(yè)應(yīng)用專業(yè)積淀,我們期待與您攜手合作,共同推動(dòng)汽車 IC 的發(fā)展創(chuàng)新。
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