48V 系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)

采用 48V 低壓軌時，面臨的設(shè)計挑戰(zhàn)包括瞬變電壓、爬電距離和電氣間隙要求、電磁兼容性 (EMC) 標(biāo)準(zhǔn)，以及集成電路 (IC) 成本。

瞬變電壓是 48V 系統(tǒng)中的主要討論話題。如今，12V 系統(tǒng)已經(jīng)廣為人知，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 16750-2 等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了最嚴(yán)苛工況（如負(fù)載突降）下的電壓瞬變曲線。而對于 48V 系統(tǒng)，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（ISO 21780 和 Liefervorschriften [LV] 148）是專門針對要求過電壓點高達 70V 的 MHEV 制定的。但是，如果考慮到開關(guān)瞬變或元件裕量，元件額定電壓將遠高于 70V。

MHEV 標(biāo)準(zhǔn)雖然可以用作起點，但對于不使用大功率起動發(fā)電機系統(tǒng)，而是通過高壓電池生成 48V 電壓的電動或混合動力系統(tǒng)而言，這些標(biāo)準(zhǔn)不一定適用。有關(guān) BEV 48V 低電壓網(wǎng)的具體標(biāo)準(zhǔn)仍在制定中，但 OEM 可能會開始制定自有標(biāo)準(zhǔn)，以將線路瞬變電壓控制在 70V 以下。圖 8 將潛在的 BEV 標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)有的 ISO 21780標(biāo)準(zhǔn)進行了比較。

雖然 60V 和 70V 之間的差異看似微小，但適應(yīng)更高電壓的 IC 成本并不一定呈線性增長。此外，即使有可能限制電源電壓范圍，但仍然必須考慮可能發(fā)生的線束故障模式事件，而現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（如 ISO 7637-2）已對此進行了規(guī)范。

爬電距離與電氣間隙要求是指根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對 PCB 上所有導(dǎo)電部件之間最短距離的測量。當(dāng)兩點之間的電壓超過擊穿電壓時，會產(chǎn)生電弧，而爬電距離與電氣間隙是防止電弧的關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)。存在多種不同的爬電距離與電氣間隙標(biāo)準(zhǔn)（國際電工委員會 60664-1 與印制電路協(xié)會 2221A），而 OEM 甚至可能有自己的內(nèi)部指導(dǎo)。從 12V 升級到 48V 將提升爬電距離與電氣間隙要求，直接影響 IC 封裝、PCB 布局，以及線束連接器等。

48V 系統(tǒng)的一個更細微影響是，雖然有助于減少傳導(dǎo)損耗，但開關(guān)損耗會增加。這一點在針對開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器（如 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和電機驅(qū)動器）的 EMC 測試中將產(chǎn)生重要影響。將電壓 (V_DS) 從 12V 提高到 48V 可以降低電流 (I_DS)。但是，如果 48V 系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換率 (t_R + t_F) 仍與 12V 系統(tǒng)相同，那么功率開關(guān)損耗 (P_SW) 將變?yōu)樗谋丁?/p>

雖然還有更多的因素會影響開關(guān)損耗，但 圖 9 說明了在 48V 系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換率如何影響開關(guān)損耗。有關(guān)減少 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中傳導(dǎo)發(fā)射的更多信息，請參閱應(yīng)用說明“降低 48V 汽車應(yīng)用中降壓轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo) EMI”。