汽車行業正加速向電氣化動力系統轉型，48V 系統在輕度混合動力和純電動汽車（BEV）中作用日益凸顯。高效的熱管理系統（尤其是電池冷卻系統）對保障汽車性能、延長電池壽命、確保安全至關重要。不過，設計穩健可靠的 48V 電池冷卻系統仍面臨若干獨特挑戰。本文將深入探討這些挑戰，重點介紹 Allegro 的系列創新解決方案（如 A89224）如何應對這些需求，助力先進高效熱管理系統發展。

48V趨勢

采用 48V 系統的一個主要驅動要素在于功率、電壓和電流之間的基本關系（P=V×I）。通過將系統電壓從 12V 提升至 48V，輸送相同功率所需的電流可顯著降低。這為熱管理系統帶來了若干關鍵優勢。較低的電流直接意味著線束和電氣元件中的功率損耗降低，此外，若針對 48V 系統進行充分優化，電機重量也可減輕。對于泵和風扇等高功率負載而言，可以顯著降低電阻損耗，提升系統整體效率。對于電動和混合動力汽車，熱管理等輔助系統效率的提升有助于延長續航里程和優化能源利用。

高于48V電壓時面臨的挑戰

安全法規與標準

一旦電壓超過 60V 直流，就不再屬于安全特低電壓 (SELV) 范疇，被認為對人體具有危險性，相關標準包括 IEC 60950、ISO6469、UL、NFPA、OSHA 等。

高昂的絕緣與隔離成本

60V 以上的系統必須具備更強的絕緣和隔離能力，以保障人身安全，這直接導致系統復雜性和成本上升。

元件供應不足

適用于高壓系統的電子元件種類更少、價格更高。

48V標稱 ≠ 48V恒定

在 12V/24V 系統中，已有成熟的標準 (如 ISO16750、ISO7637) 定義了在最嚴苛工況下 (如負載突降、瞬態電壓等) 的電壓瞬態曲線。

對于 48V 系統，現行標準(ISO21780和Liefervorschriften [LV] 148) 是專為輕度混合動力汽車 (MHEV) 制定的，定義了高達 70V 的過電壓點。但在實際應用中，若考慮開關瞬態電壓或元件設計裕量 (margining)，元件實際耐壓等級需遠高于 70V。48V 系統中的元件往往需要滿足 70V 至 80V 的最高電壓要求。48V 系統中的元件往往需要滿足 70V 至 80V 的最高電壓要求。

三大關鍵挑戰

設計高效的 48V 電池冷卻系統時，需要克服以下關鍵難題：

01更高的電壓裕量要求

在 48V 系統中，電壓瞬態幅度更高，對元件的承壓能力提出更高要求。為低壓系統設計的傳統 ECU 可能缺乏足夠裕量，導致元件應力損傷和失效。

Allegro解決方案：A89224 汽車級 MCU 集成 90V MOSFET 驅動器，采用 Allegro 110V 晶圓技術，為系統帶來充足電壓裕量，顯著提升抗瞬態干擾能力和系統可靠性，增加工程師設計靈活性。

02平臺適配與小型化限制

汽車 ECU 需適配各種車型平臺，尺寸應盡可能緊湊。不同平臺對 ECU 尺寸的要求不盡相同，需要靈活的軟硬件解決方案。此外，還要支持 OTA 升級，并具備大容量數據存儲能力。

Allegro 解決方案：A89224 通過高度集成和大容量存儲應對，將功能強大的 ARM Cortex-M4 內核、90V MOSFET 驅動器和關鍵外設集成到一個芯片上，可實現緊湊型 ECU 設計，最大支持 248kB 閃存，滿足電機控制算法、診斷例程與 OTA 升級等多樣化需求。

03可靠性與邊界條件

電池冷卻系統需在各種惡劣工況下 (如極端高溫、強振動、氣流受阻等) 保持可靠運行。即使在風道堵塞或其他邊界條件下，ECU 仍需穩定起動與維持風扇運行，避免熱失控。

Allegro解決方案：A89224 集成精確的 ADC 通道，可準確感測負載變化和系統參數，使 ECU 能檢測氣流受阻或其他異常情況并相應調整風機運行狀態；且支持高頻注入（HFI）技術，即使在挑戰性工況下也能實現風機的平穩啟動和控制。

靈活性與性能并重

ARM Cortex-M4 的可編程內核進一步提升了靈活性。設計人員可以配置多種參數，如 PWM 頻率、死區時間、電流限值，根據特定電機或負載條件進行優化設置。這種可編程特性使設計人員能夠對 A89224 進行精細調節，以適應不同車型中泵或風扇等多種應用場景。

A89224 內核支持復雜的電機控制算法，如磁場定向控制 (FOC)，從而有效提升電機效率與性能。這使得 ECU 能夠以更低能耗輸出更大功率。其高速采樣與轉換機制，為 FOC 算法提供了更充足的計算時間，在每個 PWM 占空比更新前完成算法運算，確保控制精度與響應速度。

Allegro A89224

在熱管理系統中的關鍵優勢

寬工作電壓范圍（5.5V 至 90V）

可為 48V 標稱電壓提供充足裕量，能承受汽車電氣系統中的電壓瞬變，其抗瞬變能力對嚴苛汽車環境中的可靠運行至關重要，直接解決客戶關心的關鍵設計挑戰。

強大的 ARM Cortex-M4 內核&大容量內存

（約 256K 高速閃存 + 32K DRAM）

集成 32 位 ARM Cortex-M4 CPU 內核與三相柵極驅動器，閃存讀取速度極快，使 CPU 處理連續操作指令無需等待。這種高度集成減少對外部元件的需求，可實現更緊湊且可能更低成本的解決方案，與 48V 系統對更高功率密度的需求高度契合。集成的 MCU 具備足夠處理能力，可運行無傳感器磁場定向控制（FOC）等復雜電機控制算法，實現對泵和風扇的高效精確控制。

集成電流感測放大器與 ADC

內置可編程增益的差分電流感測放大器，以及帶 16 通道多路復用器的 12 位數據采集 ADC。這一配置能精確測量電機相電流，對實現 FOC 等先進電機控制算法至關重要，可優化電機性能、效率及保護功能。

全面的診斷與保護功能

集成可編程的診斷和保護功能，包括欠壓、過壓、過溫和功率橋故障檢測，有助于識別和緩解潛在問題，提高系統可靠性。

汽車級認證（AEC-Q100 1 級）

確保在寬溫度范圍的嚴苛汽車環境中具有適用性與可靠性。

Allegro其他熱管理解決方案

除 A89224 外，Allegro 還提供全面的產品組合，用于優化 48V 汽車系統中的熱管理系統：

電流傳感器

高精度電流傳感器（如ACS37220）可實現對電池電流的精確監測，從而準確控制冷卻風扇和泵，保持最佳電池溫度并防止過熱。

隔離式柵極驅動器

隔離式柵極驅動器 (如 AHV85110) 可確保對冷卻系統電機驅動電路中的功率 MOSFET 進行可靠而高效的控制。

電源管理芯片(PMIC)

PMIC (如 A81411) 為冷卻系統中的各種組件提供高效的功率轉換和穩壓功能，最大限度降低功率損耗并提升系統整體效率。

電機驅動器

Allegro 的電機驅動器旨在為冷卻風扇和泵中使用的無刷直流 (BLDC) 電機提供可靠而高效的控制。這些驅動器提供磁場定向控制 (FOC) 和高頻注入 (HFI) 等功能以優化電機性能和效率。

位置傳感器

位置傳感器如 A1330 (2D) 和 A31331 (3D)，可提供精確的非接觸式角度和位置測量，實現精準反饋和控制。

結論

高效的熱管理對現代汽車 48V 電池系統的性能、壽命和安全性至關重要。Allegro 提供整套創新解決方案，專門應對設計穩健可靠電池冷卻系統的獨特挑戰。A89224 汽車級 MCU 與該公司的高精度電流傳感器、隔離式柵極驅動器、電源管理芯片（PMIC）及電機驅動器相結合，能幫助汽車工程師構建先進熱管理系統，從而最大限度延長電池使用壽命、提升車輛性能，并增強系統整體可靠性。