轎車、卡車、公交車及摩托車制造商都在快速為其車輛實現電氣化，以提高內燃機的燃油效率，減少二氧化碳排放。電氣化選擇很多，但大多數制造商都沒有選擇完全混合動力總成，而是選擇48伏輕度混合動力系統。輕度混合動力系統除了有傳統12V電池之外，還新增了一款48V電池。

這可增加4倍的電量(P=V?I)，用于催化式排氣凈化器等重負荷。48V系統可為混合動力發動機供電，在節省燃油的同時，更快、更平穩的加速，以提高車輛性能。額外的電源不僅可為轉向、剎車以及懸架系統提供支持，而且還可增加新的安全、娛樂及舒適特性。

引入48伏輕度混合動力系統，一旦完成設計，會有很大的優勢。克服對長期存在的12伏供電網絡(PDN)進行改造的猶豫可能是最大的挑戰。改變供電通常需要必須進行大量測試的新技術，而且可能還需要能夠按汽車產業的高安全性及高質量標準供電的全新供應商。

但數據中心行業在轉向48V PDN的過程中發現，這樣做的優勢遠遠超過了轉換成本。對于汽車產業來說，48V輕度混合動力系統帶來了快速推出排放更低、行駛里程更遠、油耗更低的全新車輛的途徑。此外，它還可為提高性能特性并減少二氧化碳排放提供令人振奮的全新設計選項。

如何最大化48V供電網絡

增加48V電池，為更重的動力總成及底盤系統負載供電，可為工程師提供各種選項?，F在有一個增加系統的選擇，可以直接處理48V輸入，也可以保留泵、風扇和電機等原有12V機電負載，無需通過穩壓DC-DC轉換器將48V轉換成12V。為了管理變革與風險，現有輕度混合動力供電系統逐漸增加48V負載的同時，仍使用大型集中式數千瓦48V至12V轉換器，將整個汽車的12V電源提供給12V負載。然而，這種集中式架構不僅沒有完全利用48V PDN的優勢，而且也沒有利用現在可用的高級轉換器拓撲、控制系統與封裝的優勢。

這些集中式DC-DC轉換器(圖1)絕大多數都很笨重，因為它們使用較早的低頻率開關PWM拓撲。此外，它們也會為大量關鍵動力總成系統帶來單點故障。

另外一種需要考慮的架構是使用模塊化電源組件進行分布式供電(圖2)。該供電架構使用更小、更低功耗的48至12V轉換器，在整個接近12V負載的車輛中配電。簡單的功率方程式P=V?I和PLOSS=I2R就可以說明為什么48V配電比12V更高效。

對于給定功率級而言，與12V系統相比，48V系統電流低四倍、功耗低16倍。在1/4的電流下，電纜和連接器可能會更小、更輕，而且成本也會更低。此外，分布式電源架構還有顯著的熱管理及電源系統冗余優勢(圖4)。

分布式架構的模塊化組件優勢

分布式供電(圖5)的模塊化方法具有高度的可擴展性。

圖5 混合動力電動車的模塊化方法

電池的48V輸出分配給車內各種高功率負載，從而可使更低電流(4倍)及更低功耗(16倍)的優勢最大化，帶來更小、更輕的PDN。根據不同分布式負載的負載電源分析，可以設計一個模塊并對其進行適當功率粒度及擴展性認證，用于并行陣列。

本實例中是2kW模塊。如前文所述，粒度和可擴展性主要看系統。通過使用分布式模塊代替大型集中式DC-DC轉換器，N+1冗余也能夠以顯著降低的成本實現。如果負載功耗在汽車開發階段有變，該方法依然有優勢。工程師可以增減模塊，無需對整個完成的定制電源進行修改。另一個設計優勢是縮短開發時間，因為模塊已獲得批準和認證。

在更高電壓的電池系統中實施分布式模塊化48V架構

圖6 純電動車的模塊化方法

純電動車或高性能混合動力車可使用高電壓電池，因為動力總成和底盤系統功率需求很高。48V SELV PDN對于OEM廠商而言依然有顯著的優勢，但是現在，電源系統設計人員有了額外的挑戰，即高功率800V或400V至48V的轉換。

此外，這款高功率DC-DC轉換器還需要隔離，但不需要穩壓。分散48V至12V轉換器布置的一大優勢是更好的穩壓。上游高功率轉換器可通過使用穩壓PoL轉換器，使用固定比率拓撲。這具有極大的優勢，因為16:1或8：1的寬輸入至輸出電壓范圍分別適用于800/48和400/48。在該范圍內使用穩壓轉換器不僅效率很低，而且還會給熱管理帶來很大的問題。

由于400V或800V配電時的安全要求，分散布置這款高電壓隔離轉換器不僅非常困難，而且成本還很高。然而，高功率集中式固定比例轉換器可使用電源模塊取代大型“銀盒”DC-DC轉換器進行設計。

可以開發具有適當粒度及可擴展性的電源模塊，然后進行輕松并聯，用于具有不同動力總成及底盤電氣化要求的廣泛車輛。此外，Vicor固定比率母線轉換器(BCM?)還是雙向的，支持各種能源再生方案。BCM采用正弦振幅轉換器(SAC?)高頻率軟開關拓撲，可實現98%以上的效率。它們還具有2.6kW/in3的功率密度，可顯著縮小集中式高電壓轉換器的尺寸。

Vicor是汽車市場的供應商，可提供最先進的創新48V解決方案。汽車供電架構的分布式模塊化方法可簡化復雜的供電挑戰，從而可提高性能和生產力，縮短上市時間。Vicor是48V電源轉換的領導者，不斷為供電架構、電源轉換拓撲、控制系統及封裝實現創新。