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韭菜花音乐|怎么看待汽车电子车载48V技术方案

日期：2020-07-18
来源：21IC
关键词：汽车电子技术方案电容器安全系统
车载48V技术具有一些独到的优势：有助于降低整体油耗 ， 减少环境危害 ， 甚至能提高发动机的性能 。 该技术的核心元件是一个强大的降压式（buck-boost）转换器 ， 而TDK集团为该转换器提供关键的无源元件：功率电感器和铝电解电容器 。
随着复杂的动力传动管理系统、辅助电子加热等舒适系统 ， ABS（防抱死刹车系统）、ESP（车身电子稳定系统）等安全系统 ， 以及诸多其它系统的日益增加 ， 车辆的电气负载不断增加 ， 逐渐成为耗能大户 。 与此同时推动了交流发电机功率水平的稳步提升 。 在19世纪80年代初 ， 即使豪华车辆其交流发电机也仅输出约0.7kW的功率 。 然而 ， 目前车辆所需的功率输出已经达到3.5kW ， 几乎为原来的7倍 。 随之出现的问题是 ， 如果14V交流发电机输出这么大的功率 ， 则意味着发电机输出电流将高达250A 。 在此电压/电流比下 ， 发电机的效率仅为70% 。 这就要求发动机对发电机的输入功率达到5kW 。 另外大电流的缺点在于它要求导体的截面积必须很大 ， 这导致车辆重量和整体成本的显著增加 。
48V系统可显著提高效率
随着人们对降低油耗和CO2排放量的要求日益提升 ， 市场亟需找到针对性的解决方案 。 48V技术应运而生并带来诸多优势 ， 因为它使众多仅通过12V系统无法解决的节能措施得以实现 。 其功能特性包括：
功率大于5kW时 ， 能量回收效率很高
扩张的启停功能 ， 如缓慢启动或平滑停止
【韭菜花音乐|怎么看待汽车电子车载48V技术方案】电气化单元 ， 如涡轮增压器和电动助力转向系统
支持微混型和轻度混合动力解决方案
48V系统并不是完全替代现有的12V架构 。 相反 ， 这种方法不禁让我们能对12V系统进行拓展 ， 以处理功率更高的负载 ， 同时还能通过升降式转换器装置将48V系统耦合到这些系统中间 。 图1解释了这种架构的原理 。 常规的铅酸或铅酸胶体蓄电池用于12V等级 ， 而锂离子电池则用于48V等级 。 双层电容器还可并联在此处 ， 以在恢复过程中改善电能的存储状况 。
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图1：集成式12/48V板载电源的架构原理
主要改进在于将发电机的电平设置为48V等级 ， 以实现更高的功率输出和能效等级 。 两种电压等级通过一个双向降压式转换器装置进行连接 。
通过升降式转换器实现高效耦合
在集成的12/48V系统中 ， 最重要的元件是升降式转换器 ， 该转换器允许能量在两种不同的电压等级之间双向流动 ， 并且能提供2～5kW的功率输出 。 图2显示了这种转换器的电路原理图 。 在正常模式下 ， 该转换器作为降压转换器 ， 将48V系统产生的功率输出到12V系统中 。 在此工作模式下 ， T2一直处于阻断状态 ， 而T1则作为开关工作 。 如果需要输出48V等级电压 ， 则必须采用升压模式 。 在这种情况下 ， T1一直处于接通状态 ， 而T2则工作在脉冲模式下 。 为最大限度降低纹波电流和电压 ， 实际运用中需要将6个或8个模块进行并联 。
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图2：降压式转换器电路图
除开关晶体管外 ， 爱普科斯（EPCOS）功率电感器和储能电容器也是升降式转换器的核心元件 。
TDK集团研发出两种新的爱普科斯（EPCOS）功率电感器系列 ， 作为转换器储能和平滑扼流圈 。 例如 ， 表面贴装（SMD）型ERU27系列电感器具有高通流能力 ， 且封装紧凑 ， 面积仅为30mm&TImes;27.8mm（图3左侧） 。 其插入高度为15.5mm或20.3mm ， 具体高度取决于电感值 。 这种紧凑型设计采用了具有高填充系数的扁平绕组予以实现 。 电感器具有六种不同型号 ， 电感范围涵盖3.5μH到与15μH的范围 ， 饱和电流介入19A与49A之间 。 为了提高元件在PCB上的机械稳定性 ， 除两个绕组焊盘外 ， 该产品还增加了第三个焊盘 。


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