特斯拉最近宣布，未来所有特斯拉电动汽车都将采用 48V 低压系统。随着产业朝此方向发展，将为OEM厂商以及一级供应商的适应带来机遇和挑战。采用分散式区域架构，在负载端将 48V 转换为 12V，为架构这类系统最有效的方法。而Vicor高功率密度小型模组可使得设计和建构区域架构变得简单，为 xEV提供支援。

汽车、卡车、公共汽车及摩托车制造商正在快速实现车辆电气化以减少 CO²排放。OEM厂商在采用多种方法实现电气化，混合动力系统、??电式混合动力汽车（PHEV）和纯电动汽车（BEV）是主要的电气化途径。虽然混合动力和 PHEV 动力系统保留了内燃机，并与基於交流发电机的 12V PDN 紧密相连，但纯电动汽车平台为 OEM 厂商设计纯电动汽车的PDN提供全新的思路。

然而，人们对於修改长期存在的 12V 供电网路（PDN）却普遍犹豫不决。变革通常需要经过广泛测试的新技术，可能还需要能够提供汽车产业高安全及高品质标准的全新提供商。

使用电源模组最大化48V PDN

在纯电动汽车平台中，电源是高压（HV）（400 或 800V）电池，该高电压需要降至60V以下的安全超低电压（SELV）。SELV的第一个工作等级为48V，或者OEM厂商也可将电源降至24V或12V，用於汽车 PDN。现在可以选择新增能直接处理48V输入的系统，也可以保留泵、风扇和电机等传统12V机电负载，而透过 DC-DC 稳压转换器将48V 转换成12V。

为了管理变化和风险，现有纯电动汽车供电系统正在逐渐增加 48V负载，但仍然使用大型集中式数千瓦高压至12V的转换器，为整个汽车提供12V电源。然而，这种集中式架构没有完全利用48V PDN 的优势，也没有利用可用的先进转换器拓扑、控制系统和封装的优势。

图一 : 传统12V集中式架构使用较粗的布线，支援单点转换（银盒）至12V，这本身就比区域（zonal）架构重，效率更低。

图二 : 48V区域架构（zonal architecture）在整个车辆中使用较细的 10 号线，可将缆线重量锐减 85%。此外，分散48V至12V的转换点，还可在端点使用电源模组实现高效对流散热。

这些集中式 DC-DC 转换器（图一）绝大多数都很笨重，因为它们使用较早的低频率 PWM 切换拓扑。此外，对於大量重要供电链系统来说，他们也代表了单点故障。这些集中式系统还将热负荷集中在一个点上，需要一套很大的散热系统（图三）。

需要考虑的另一种架构是使用模组化电源元件的区域供电（图二）。该供电架构使用更小、更低功耗的 48 至 12V 转换器，在车辆各处接近 12V 负载的地方配电。简单的功率方程式 P = V · I 和 P_LOSS = I²R 就可以说明为什麽 48V 配电比 12V 更高效。

对於设定功率等级而言，48V 时的电流是 12V 的四分之一，功耗 （I²R） 为 1/16。在1/4电流下，缆线和连接器可以更小、更轻，而且成本也会更低。此外，区域电源架构还具有显着的热管理及电源系统备援优势（图四），这是为整个车辆中传输数千瓦电源的另一种途径，无需考虑传统 DC-DC 转换器的重量、散热问题和体积。

图三 : 标准DC-DC转换器的效率只有94%，部分原因是集中式外壳内的品质转换很难散热，会影响效率。此外，这种传统方法还会在车辆中占用更大的系统空间。

图四 : 区域架构不仅运行更细、更轻的缆线，并将转换从车辆的中心位置转移到了端点区域。精巧的电源模组在负载位置将 48V 转换为 12V，透过分散转换点，实现对流散热并提高转换效率。

区域架构的模组化提升效率

使用模组化方法进行分散式供电（图四）具有高度的可扩充性。

电池的 48V 输出分配给车内各种高功率负载，最大限度提高了更低电流（4 倍）及更低功耗（16倍）的优势，从而实现了更小、更轻的 PDN。根据对各种分散式负载的负载功率分析，可针对适当的功率进行模组设计和认证，然後可透过将其用於并联阵列来调高系统功率等级。

本实例展示的是一个 2kW 模组。如前文所述，颗数和可扩充性根据系统而定。将模组分散至端点区域，而不是使用大型集中式 DC-DC 转换器，能以更低的成本实现 N+1 冗馀。如果负载功耗在汽车开发阶段发生变化，这种方法也有优势。工程师可以增减模组，无需对整个完成的客制化电源进行修改。此外，该模组已经获得核准和认证，可减少开发时间。

实施可扩充区域分布模组化 48V 架构

图五 : 电源模组结构精巧、重量轻，扩充极为便捷。

纯电动汽车或高性能混合动力车可使用高电压电池，因为动力和底盘系统电源需求很高。48V SELV PDN 仍然会为 OEM 厂商提供显着的优势，但现在，电源系统设计人员却面临着 800V 至 48V 或 400V 至 48V 高功率转换的其它挑战。

这种大功率 DC-DC 转换也需要隔离，但由於在此范围内使用稳压转换器效率非常低，而且会有很大的热管理问题，因此这种转换不应该包含稳压。透过在下游使用稳压负载点转换器，上游高功率转换器可使用更高效的固定比率拓扑。

这具有极大的优势，因为 16:1 或 8：1 的宽输入至输出电压范围分别适用於 800/48 和 400/48（图五）。OEM 厂商通常将这种高效率的降压解决方案布置在电池组自身内部，在某些情况下甚至可以不用电池。Vicor 固定比率高压母线转换器能够以快速的压摆率实现快速的电流传输，这可帮助 OEM 厂商减少 12 至 14 公斤不必要的 48V 电池重量。

由於配送 400V 或 800V 电源时的安全要求，分散高电压隔离式转换器困难重重且成本高昂。然而，可使用电源模组取代大型「银盒」DC-DC 转换器来设计大功率集中式固定比率转换器。

电源模组具有高度的可扩充性，还可轻松并联，适用於一系列具有不同供电链和底盘电气化要求的车辆。此外，Vicor BCM固定比率母线转换器也是双向的，支援各种能源回收方案。BCM 采用正弦振幅转换器（SAC）高频率软切换拓扑，可实现 98％ 以上的效率。此外，它们还具有 2.6kW/in³ 的功率密度，可显着缩小集中式高压转换器的尺寸。

特斯拉已经接受了挑战，而致力於转向 48V，这是全球汽车电气化的下一个重要步骤，预计其他公司也会仿效。开发最隹化纯电动汽车的竞争需要挑战极限，还需要引入新技术，

将供电网路升级到 48V 是显而易见的下一步工作。

为了实现通过采用48V系统获得的PDN优势，最快的路径是在每个区域使用高功率密度DCDC转换器部署区域架构。除了 48V 缆线重量更轻的优势外，电源模组还可提高散热效率，并在整个车辆中提供 48V 至 12V 的最高转换效率。此外，精巧型电源模组还可轻松扩充，此为向 48V 区域分散式 架构的无缝补充。