【導讀】差不多五年前，美國政府就規定汽車(chē)制造商生產(chǎn)的新車(chē)和卡車(chē)平均油耗要達到54.5mpg（23.17公里/升），幾乎是平均燃油經(jīng)濟性的兩倍。隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)與混合動(dòng)力技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展通道，基于48V電源的所謂＂微混動(dòng)力＂和＂輕混動(dòng)力＂系統的發(fā)展也駛入了快車(chē)道，原來(lái)曾長(cháng)期使用的12V汽車(chē)電氣系統即將結束自己的歷史使命。
48V技術(shù)為汽車(chē)制造商和駕駛員提供了諸多優(yōu)勢。它不僅可以減少環(huán)境污染，還能提高發(fā)動(dòng)機性能，最重要的是，能夠提高燃油效率。
隨著(zhù)新技術(shù)的出現，汽車(chē)中的電力負荷正呈指數級增長(cháng)。遠程1955年，汽車(chē)制造商推出了12V充電系統，取代了基于6V技術(shù)的舊系統。從1955年到二十世紀80年代，雖然一些高效交流發(fā)電機的輸出功率最高可以達到0.7kW，但標準交流發(fā)電機的輸出功率通常低于0.5kW。今天的汽車(chē)需要3.5kW的交流發(fā)電機輸出，是原來(lái)最高輸出功率的7倍多。
14V交流發(fā)電機產(chǎn)生250A的電流，導致最大效率僅為70%。因此，發(fā)動(dòng)機必須額外提供5kW的功率。為了彌補這一點(diǎn)，需要較大的導體橫截面來(lái)提供更大的電流，從而增加了車(chē)輛的成本和重量。而重量的增加降低了燃油效率，也提高了二氧化碳排放量。
48V系統
進(jìn)入48V時(shí)代后，48V技術(shù)實(shí)現了一些在12V系統中不現實(shí)的功能，包括支持微混和輕混動(dòng)力系統。這些可同時(shí)降低二氧化碳排放量和總體油耗的功能包括：
● 功率超過(guò)5kW時(shí)的高性能能量回收
● 擴展的啟停功能，如航行或滑行
● 渦輪增壓器和電動(dòng)助力轉向系統等裝置的電氣化
48V系統不只是現有12V架構的簡(jiǎn)單擴展，它使用同時(shí)控制12V和48V電壓級別的雙向降壓-升壓轉換器，讓系統能夠處理更高的負載（圖1）?？梢园严聢D視為油電混動(dòng)汽車(chē)的2.5版。
圖1：12V/48V組合式板載電源的架構（資料來(lái)源：TDK）
在這個(gè)2.5版本中，12V電源使用標準鉛基電池，48V電源使用鋰離子電池。發(fā)電機設置在48V級別，有助于實(shí)現更高和更高效的輸出級別。新的實(shí)踐經(jīng)驗規定將雙層電容器并聯(lián)以提高儲電能力。
降壓-升壓轉換器
如上所述，12V/48V組合系統的核心部件是降壓-升壓轉換器，它控制兩個(gè)電壓級別之間的雙向能量流（圖2）。大多數降壓-升壓轉換器設計用于2kW到5kW之間的輸出功率。
圖2：12V/48V組合系統的降壓-升壓轉換器電路圖（資料來(lái)源：TDK）
降壓-升壓轉換器在普通模式下作為降壓轉換器工作，因此在48V系統上產(chǎn)生的功率被正確輸出到12V系統。如果需要的得到48V級別的輸出，將使用升壓模式。通常使用6相或8相的串聯(lián)系統將電壓和紋波電流保持在最小值。
為了使降壓-升壓轉換器在惡劣的汽車(chē)環(huán)境中正常工作，設計師必須使用高質(zhì)量、可靠的開(kāi)關(guān)晶體管、功率電感和存儲電容。例如，對于轉換器中的存儲和平滑扼流圈，如果設計中需要功率電感，則應使用SMD陶瓷功率電感。除了用于繞組的兩個(gè)焊盤(pán)外，電源扼流圈還應具有第三個(gè)焊盤(pán)，以增加PCB上組件的機械穩定性。如果不可能使用SMD電感，也可以使用帶PTH終端的電感。所有組件的工作溫度應設計在-40°C至150°C之間。
抗振電容器
對于降壓-升壓轉換器中的存儲和平滑扼流圈，除電感外，還有其他關(guān)鍵元件，即穩健的鋁電解電容器，這些電容器也應在最高150°C的溫度下工作。
這些電容器應符合汽車(chē)電子產(chǎn)品的嚴格要求，如TDK的B41689和B41789系列。這些鋁電解電容器的特點(diǎn)是其高達60g的振動(dòng)強度和焊接星設計。有些電容器兩端都有陰極板觸點(diǎn)，以實(shí)現低ESL值的優(yōu)化安裝。
指定的電容器還應具有低等效串聯(lián)電阻（ESR）值，從而提高紋波電流能力并降低損耗。電容器的電容范圍從360µF到4500µF，額定電壓應為25V、40V（對于12V系統）和63V（對于48V系統）。有了這些電壓，它們就能夠用于同時(shí)支持兩種電壓水平的新板載電源系統。
電動(dòng)渦輪增壓器
48V技術(shù)提供更多的優(yōu)點(diǎn)，讓電動(dòng)渦輪增壓器能夠更高效地驅動(dòng)發(fā)動(dòng)機（圖3）。直到最近，傳統渦輪增壓器都是由發(fā)動(dòng)機排出的廢氣驅動(dòng)，這意味著(zhù)隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機轉速的提高，它們的性能會(huì )更好。傳統渦輪增壓器的一個(gè)缺點(diǎn)是從踩下油門(mén)到車(chē)子啟動(dòng)的時(shí)間稍有延遲。這種延遲被稱(chēng)為渦輪延遲。
48V系統通過(guò)使用電動(dòng)充電器消除了這一缺陷，使得渦輪增壓器能夠立即做出響應，在較低的速度下也能工作，無(wú)論在城市道路還是高速公路上，都能提高整體效率。
圖3：電動(dòng)渦輪增壓器提高了發(fā)動(dòng)機效率（資料來(lái)源：TDK）
事實(shí)上，將傳統渦輪增壓器與電動(dòng)渦輪增壓器相結合，可以進(jìn)一步提高充電壓力，在發(fā)動(dòng)機轉速較高時(shí)關(guān)閉電動(dòng)充電器，從而節省動(dòng)力并提高整體效率。
48V技術(shù)不僅提高了發(fā)動(dòng)機的性能和效率，而且對那些想要降低油耗的駕駛員也很有吸引力。它可以幫助打造真正裝備精良的汽車(chē)，在48V下以0mph到60mph或0kmph到96.56kmph的速度行駛。了解了這項技術(shù)提供的所有好處，就不難理解48V電氣系統為何發(fā)展得如此之快。
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