通往42V汽車電氣系統(tǒng)之路 - 全文

向42V汽車電氣系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換有許多理由。但是，42V的實(shí)際實(shí)現(xiàn)卻由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的挑戰(zhàn)而受到種種制約。工程師在解決42V系統(tǒng)種種挑戰(zhàn)的同時，還在繼續(xù)對14V系統(tǒng)的各項指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。但將來，似乎汽車電氣方面的增長將鐘情于42V系統(tǒng)。那時，生產(chǎn)商將不得不在能夠支持未來的42V系統(tǒng)的同時，還要繼續(xù)為目前的14V系統(tǒng)繼續(xù)提供改進(jìn)型和創(chuàng)新型產(chǎn)品。本文將討論42V的實(shí)現(xiàn)并深入研究未來的發(fā)展趨勢。

路漫漫但是必然

42V汽車電氣系統(tǒng)的進(jìn)展究竟如何？更強(qiáng)大的42V標(biāo)準(zhǔn)在按照最初的預(yù)測進(jìn)行具體的快速實(shí)施時拋了錨，而眼下沒有人認(rèn)為會馬上得到快速采用。事實(shí)上，還有一些專家預(yù)測根本不可能實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換。14V架構(gòu)和部件的最佳化，包括分布式電源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性技術(shù)，延長了14V系統(tǒng)的壽命。不過，將來的某一天，系統(tǒng)性能方面的因素將迫使汽車制造商最終接受通往42V的轉(zhuǎn)換。成功的電子電氣部件供應(yīng)商更會沿著這條路來很好地支持這一不可逆轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換。不過，在研發(fā)如何成本有效地解決42V電源網(wǎng)絡(luò)所提出的各種挑戰(zhàn)的同時，制造商將會繼續(xù)對其目前的14V系統(tǒng)的產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化。

推動轉(zhuǎn)換的各種因素

隨著汽車電子和電氣部件的持續(xù)發(fā)展，在如何確保提供有效功率方面，制造商面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。受到新的舒適性和安全性能、提高燃料利用效率、減少輻射、以及駕駛性能的改善等方面的驅(qū)使，汽車電子內(nèi)容增加的速度從上個年代開始大大加速，而且這種局面在未來的10~15年內(nèi)仍將繼續(xù)。電氣系統(tǒng)中的一些有代表性的功率負(fù)載的電氣功能和性能的實(shí)現(xiàn)要求在汽車電源的分配和管理方面必須進(jìn)行某種方式的改進(jìn)。這些新的電子系統(tǒng)為通往42V汽車電子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換提供了根本的驅(qū)動力。

采用一個更高的電源電壓的電氣系統(tǒng)所帶來的好處包括：

1. 能夠滿足14V系統(tǒng)無法滿足的一些附件的功率要求；

2. 改善了功率管理能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

3. 降低了電流；

4. 通過減少電氣配線和部件以及利用電氣系統(tǒng)替代機(jī)械系統(tǒng)來減少了數(shù)量、體積和成本；

5. 增加了燃料效率；

6. 減小了車輛的NVH。

從表面上看，這么多好處似乎已經(jīng)為42V標(biāo)準(zhǔn)的采納提供了足夠的理由。然而現(xiàn)實(shí)情況是，工程改進(jìn)和部件能力的提升延緩了14V系統(tǒng)的壽命。從電氣部件效率的改進(jìn)、架構(gòu)的改變到系統(tǒng)級的功能集成，以及電源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的分配方法，都使得制造商延緩了通往一個完全不同的新標(biāo)準(zhǔn)的大規(guī)模轉(zhuǎn)換。此外，還有許多經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面的原因，這也阻止了42V系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。這些原因包括：

1. 已經(jīng)為14V系統(tǒng)優(yōu)化了的部件技術(shù)和架構(gòu)的更換成本；

2. 更高電壓和功率電平所帶來的長期穩(wěn)定性方面的問題；

3. 潛在的安全問題；

4. 部件和導(dǎo)線打火問題。

圖1：42V系統(tǒng)和12V系統(tǒng)各自的優(yōu)勢比較。

42V的前方之路

根據(jù)我們的觀察，決定42V系統(tǒng)結(jié)果的并非一兩個因素的簡單事情。實(shí)際上是一系列因素相互混合的復(fù)雜事情，在做出決策時必須對這些因素進(jìn)行折衷平衡。的確在某些方面，14V電源網(wǎng)絡(luò)無法滿足汽車電子內(nèi)容繼續(xù)增加的道路上所需的電源性能。改往42V系統(tǒng)也確實(shí)具有許許多多的理由，包括從提高燃料效率和輻射改善到能夠?qū)崿F(xiàn)更高的安全性能等。但是，事實(shí)上也具有許多維持現(xiàn)狀的理由。在通往42V的轉(zhuǎn)換中缺乏一個明確的分界線，從而需要往新技術(shù)研發(fā)方面分配一些資源。汽車電子供應(yīng)商還必須繼續(xù)研發(fā)和改進(jìn)基于傳統(tǒng)的14V系統(tǒng)的產(chǎn)品。與此同時，還必須緊盯未來將支持42V系統(tǒng)的技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展。

為了認(rèn)清目前問題所在和未來之路如何走，讓我們看一下上述的優(yōu)缺點(diǎn)。首先可以肯定，對于42V系統(tǒng)來說，沒有解決不了的技術(shù)難題。實(shí)際的問題是成本，部分是由于與14V系統(tǒng)的比較所引起的。例如，42V系統(tǒng)能夠提供壽命可以與12V系統(tǒng)媲美的電池，但需要成本高一些的技術(shù)，比如需要用鋰電池或鎳氫電池來實(shí)現(xiàn)。電火花和腐蝕問題也可以通過增設(shè)電池切斷開關(guān)和密封連接器來實(shí)現(xiàn)，也就是說只是增加一些成本而已。

供應(yīng)商將繼續(xù)改進(jìn)技術(shù)來降低解決上述種種問題的成本。同時，汽車電子和電氣系統(tǒng)的應(yīng)用將繼續(xù)增長。隨著42V系統(tǒng)的相對成本的降低和汽車電子內(nèi)容的增加，42V系統(tǒng)的采用速率將得到動力，如圖2所示。

圖2：42V系統(tǒng)的應(yīng)用動力隨著系統(tǒng)成本降低和汽車電子內(nèi)容的增加而增加。

汽車電子和電氣供應(yīng)商面臨的挑戰(zhàn)

目前的現(xiàn)狀對汽車電子和電氣部件供應(yīng)商來說意味著什么呢？我們堅信這些供應(yīng)商將繼續(xù)在優(yōu)化14V系統(tǒng)的同時，來解決42V系統(tǒng)所帶來的挑戰(zhàn)。這將花費(fèi)研發(fā)預(yù)算，從而影響我們所處時代的經(jīng)濟(jì)。因此，必須采取技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品研發(fā)相結(jié)合的策略，從而確保有限資源的最有效利用。

例如，飛兆半導(dǎo)體繼續(xù)擴(kuò)張其30V和40V的低壓PowerTrench MOSFETs產(chǎn)品系列。這些設(shè)計的目的是優(yōu)化14V系統(tǒng)的汽車應(yīng)用，例如動力方向盤和混合動力起動器/發(fā)電機(jī)、以及電機(jī)-和螺線管驅(qū)動器設(shè)計中的效率、性能和電路板面積。同時，該公司還繼續(xù)研發(fā)基于相似工藝的75V先進(jìn)技術(shù)的MOSFET。

飛兆半導(dǎo)體也在研發(fā)新的多功能電源新產(chǎn)品系列。這些產(chǎn)品利用了大量的模擬和功率半導(dǎo)體工藝以及先進(jìn)的、能夠被優(yōu)化并同時用于14V和42V系統(tǒng)的封裝技術(shù)。

本文小結(jié)

將來，隨著汽車電子內(nèi)容的持續(xù)增加和實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)的相對成本的更加合理，將會向42V系統(tǒng)持續(xù)不斷地逐步轉(zhuǎn)移。汽車電子供應(yīng)商必須與汽車生產(chǎn)商密切合作以便更好地理解系統(tǒng)的需求。他們必須在構(gòu)建能夠用來支持未來42V系統(tǒng)的技術(shù)能力的同時，將研發(fā)預(yù)算繼續(xù)投入到改進(jìn)和革新其支持目前的14V系統(tǒng)的產(chǎn)品上。在一個較長的時期內(nèi)，供應(yīng)商還必須集中精力并以可接受的成本來解決42V電源網(wǎng)絡(luò)帶來的各種挑戰(zhàn)。