車(chē)載低壓系統(tǒng)升級(jí)48V，中低壓MOSFET需求爆發(fā)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在燃油車(chē)時(shí)代，車(chē)載低壓電子系統(tǒng)上都沿用12V電壓，畢竟在很長(zhǎng)時(shí)間里，車(chē)載電氣設(shè)備的功率都不大，12V電源足夠提供整車(chē)電氣設(shè)備的供電。

但隨著汽車(chē)電氣化趨勢(shì)，包括混合動(dòng)力、能量回收、發(fā)動(dòng)機(jī)啟停等需求，用到了更多大功率負(fù)載的設(shè)備，令12V系統(tǒng)不堪重負(fù)。于是48V系統(tǒng)就順應(yīng)時(shí)代發(fā)展被引進(jìn)汽車(chē)，最早是2011年歐洲多家車(chē)企聯(lián)合推出針對(duì)混動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載需求的48V系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)，有48V系統(tǒng)是專(zhuān)為動(dòng)力部分而設(shè)，其他車(chē)載電氣部件沿用12V系統(tǒng)的同時(shí)，增加一組48V電池用于混動(dòng)系統(tǒng)。

如今汽車(chē)智能化需求也在凸顯，整車(chē)低壓系統(tǒng)切換到48V成為新趨勢(shì)。

電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代，大功率需求增加

近年AI對(duì)算力的需求，加速了數(shù)據(jù)中心電源架構(gòu)從12V轉(zhuǎn)向48V的進(jìn)程。相比12V電源，48V系統(tǒng)的功率容量是12V的四倍，這也意味著系統(tǒng)能夠支撐更大的功率負(fù)載。與此同時(shí)，在相同的功率下，48V系統(tǒng)的損耗也更小，如果替換原有的12V系統(tǒng)，那么在線纜、連接器部分可以選擇更低成本的產(chǎn)品。

那么電源架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心的變化，與目前汽車(chē)上的變化是相同的邏輯。在汽車(chē)電氣化，電動(dòng)汽車(chē)逐漸被推上主流舞臺(tái)的大背景下，車(chē)載設(shè)備用電需求激增。

在智能駕駛方面，智駕芯片算力越來(lái)越高、傳感器數(shù)量越來(lái)越多；座艙內(nèi)的娛樂(lè)設(shè)備升級(jí)，包括高分辨率、大屏幕、多屏幕、電動(dòng)座椅、電動(dòng)門(mén)、高功率的音響系統(tǒng)等；底盤(pán)上，電控主動(dòng)懸掛、線控轉(zhuǎn)向、線控剎車(chē)等新增配置；外觀上，車(chē)燈樣式更加豐富，LED點(diǎn)陣的大面積應(yīng)用增加了整車(chē)燈光應(yīng)用的用電需求。

在實(shí)際應(yīng)用中，48V可能以多種形式出現(xiàn)，比如48V與12V共存，同時(shí)配備兩種電壓的電池組，在底盤(pán)、混合動(dòng)力系統(tǒng)等部分用48V，座艙內(nèi)用12V；又比如只配備48V電池組，高壓電池組通過(guò)DC-DC為其供電，電氣設(shè)備使用全48V，或部分設(shè)備使用12V，經(jīng)過(guò)DC-DC降壓為這部分設(shè)備供電，

實(shí)際上由于供應(yīng)鏈尚未成熟，以及車(chē)企較為保守的態(tài)度，目前量產(chǎn)的全48V低壓架構(gòu)車(chē)型只有特斯拉Cybertruck。

有意思的是，因?yàn)殡娍刂鲃?dòng)懸掛、線控轉(zhuǎn)向的加入導(dǎo)致功耗增加，但供應(yīng)商還無(wú)法提供一些48V的設(shè)備，這種情況下蔚來(lái)在ET9上采用了一種巧妙的方法，使用雙路12V電源，配合雙DC-DC實(shí)現(xiàn)主動(dòng)懸架的大功率用電需求，同時(shí)其他設(shè)備也能夠沿用12V。

當(dāng)然，整體往48V演進(jìn)是必然的趨勢(shì)，但目前還需要等到供應(yīng)鏈的成熟。

48V系統(tǒng)需要的中低壓MOSFET

48V系統(tǒng)中，電池組充滿電的最高電壓是60V，因此過(guò)去在12V系統(tǒng)上用到的低壓MOSFET不再適用。因此近期多家廠商都推出了80V以上的中壓MOSFET，針對(duì)車(chē)載48V系統(tǒng)的應(yīng)用。

今年4月，英飛凌推出了OptiMOS? 7 80V的首款產(chǎn)品IAUCN08S7N013，據(jù)稱(chēng)是業(yè)內(nèi)導(dǎo)通電阻最低的80 V MOSFET。與上一代產(chǎn)品相比，IAUCN08S7N013的導(dǎo)通電阻降低了50%以上，最高不超過(guò)1.3 mΩ，達(dá)到目前業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。同時(shí)采用了高電流SSO8 5 x 6 mm2 SMD封裝，在小封裝下實(shí)現(xiàn)了更低的傳導(dǎo)損耗、更強(qiáng)的開(kāi)關(guān)性能和更高的功率密度，取得AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)以上的認(rèn)證，適用于汽車(chē)直流-直流轉(zhuǎn)換器、48 V電機(jī)控制（例如電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS））、48 V電池開(kāi)關(guān)以及電動(dòng)兩輪車(chē)和三輪車(chē)等。

另外100V的 MOSFET也能用于汽車(chē)48V系統(tǒng)，英飛凌OptiMOS系列目前有多款車(chē)規(guī)級(jí)100V MOSFET產(chǎn)品。

安森美今年6月推出最新的T10 PowerTrench系列也為汽車(chē)48V系統(tǒng)提供80V中壓MOSFET，T10技術(shù)采用了屏蔽柵極溝槽結(jié)構(gòu)，通過(guò)其行業(yè)領(lǐng)先的軟恢復(fù)體二極管（Qrr, Trr）減少了振鈴、過(guò)沖和噪聲，實(shí)現(xiàn)了性能與恢復(fù)特性之間的平衡。

T10技術(shù)節(jié)點(diǎn)有M和S兩條路線，其中M具有極低的導(dǎo)通電阻和軟恢復(fù)體二極管，5×6封裝的80V MOSFET導(dǎo)通電阻可以低至0.79mΩ，專(zhuān)為電機(jī)控制和負(fù)載開(kāi)關(guān)進(jìn)行優(yōu)化；T10-S專(zhuān)為開(kāi)關(guān)應(yīng)用設(shè)計(jì)，注重降低輸出電容，整體效率更高，但導(dǎo)通電阻會(huì)比M系列稍高。

在硅基MOSFET之外，GaN行業(yè)也對(duì)汽車(chē)48V系統(tǒng)虎視眈眈。去年英諾賽科發(fā)布了一款采用16顆 InnoGaN器件的2.4kW buck/boost 方案，為輕混汽車(chē)48V系統(tǒng)提供基于GaN的先進(jìn)解決方案，與當(dāng)前的Si解決方案相比，Buck滿載效率（2400W）提升1.8%，整機(jī)損耗減小41%。

另外還有多家功率GaN廠商已經(jīng)推出100V GaN FET產(chǎn)品，布局汽車(chē)48V系統(tǒng)，包括EPC、TI、英飛凌、氮矽科技等。

小結(jié)：

從產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的階段來(lái)看，未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)汽車(chē)低壓系統(tǒng)可能都會(huì)是12V和48V共存的狀態(tài)，但隨著主機(jī)廠需求和供應(yīng)鏈的推進(jìn)，低壓系統(tǒng)全部切換48V也只是時(shí)間問(wèn)題。