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在前不久结束的第26届联合国气候变化大会上，沃尔沃、福特、通用、奔驰、比亚迪和捷豹路虎6家全球汽车巨头签署承诺：到2040年在全球范围内逐步停止燃油车生产。事实上，近年来随着环保意识的逐渐觉醒以及各国排放法规趋严，汽车行业节能减排已经成为一种共识，越来越多车企开始拥抱“电动化”浪潮。而汽车CO2排放标准和燃油经济性要求的提升，正在推动48V轻混系统的大规模应用。
通过将汽车12V系统向48V演进，支持混合动力以及辅助启停等功能从而形成多种化产品，可得到更高的效率以减少CO2排放量同时优化系统成本，因此48V轻混系统已经成为现阶段车企的主流节能技术路线。IHS Markit报告显示，2020-2025年48V轻混系统在中国市场将实现85%的年均增长率。本文以亚德诺半导体（ADI）公司的LTC3871/LT8708为例，探讨“电动化”浪潮下汽车48V系统的核心器件电压控制器。
48V轻混系统正当时，如何选择电压控制器？
近年来随着汽车电子设备越来越多以及自动启停系统的加入，12V蓄电池组的供电能力愈发捉襟见肘，于是供电能力更强的48V蓄电池应运而生。从硬件上来看，48V轻混系统由电机、动力电池组以及电压控制器（DC-DC转换器）组成。由于48V电池电压输出的升高，降低了线路损耗，同时电压的升高也可以有效改善起停电机、空调压缩机、冷却水泵等系统的工作时间，让发动机在停车状态最大限度不参与工作。此外，48V的电压更能满足锂电池快速实现能量回收的要求，降低发动机负载，从而实现了降油耗和排放的作用。
作为核心部件之一，电压控制器（DC-DC转换器）的选择至关重要。LTC3871是一款耐压分别为100V/30V的双向两相同步降压或升压型控制器，其在12V和48V汽车电池之间提供了双向DC/DC控制和电池充电。该器件通过允许把相同的外部功率组件用于降压和升压目的，将新的性能水平、控制和简化电路带给了48V/12V双电池DC/DC汽车系统。同时，LTC3871可按需工作在降压模式 (从48V总线至12V总线) 或升压模式 (从12V至48V)。可以对多达12相实施并联以满足高电流大功率（3KW-10KW）应用的需要。
LTC3871 双向原理图
当起动汽车或需要额外的功率时，LTC3871通过把能量从一个电路板网络转换至另一个电路板网络而允许两个电池同时提供电能。可实现高达97%的效率，而且片内电流设置环路负责调节可在任一方向上输送至负载的最大电流。48V电池将在提高可用能量上发挥核心作用，同时还可减少线束重量和损耗。这种额外的能量为采用新技术铺平了道路，从而可使汽车的安全性和效率得以提升，同时降低了其CO2排放量。
值得一提的是，LTC3871采用耐热性能增强型48引脚LQFP封装，拥有三种温度级版本。其扩展和工业温度级版本可在–40°C至125°C温度范围内运行，高温汽车级版本则工作在–40°C至150°C温度范围。
此外，针对自动驾驶汽车冗余电池系统应用，ADI最新推出了效率高达98%的双向降压-升压型开关稳压控制器LT8708/-1。利用一个输入电压供电运行，该输入电压可以高于、低于或等于输出电压，十分适合两个各为12V、24V或48V的电池以及48V/12V和48V/24V双电池系统。该器件采用单个电感器在2.8V至80V的输入电压范围内工作，并能产生1.3V至80V的输出电压，提供高达kW级的功率，简化了需要在正向或反向调节VOUT、VIN和/或IOUT、IIN的电池/电容器备份系统中的双向电源转换。
提高48V系统电源效率，这个小器件不容忽视
对于同时需要在12V及48V双系统下工作的车身控制电路来说，可能在某些时候需要二极管来实现防反或合路备份供电功能，虽然电流无需达到电机那么大，但是二极管上产生的损耗带来的热量不可忽视。对于那些需要理想二极管“或” (Diode-ORing) 功能以实现负载均分或在两个输入电源之间自动切换的应用而言，单片双通道4A电源通路 (PowerPath) 理想二极管LTC4415是理想的选择。
LTC4415为减少热量、压降和占用的电路板空间而设计，同时可在电源切换电路中延长电池运行时间。具体而言，该器件的超低15mV正向电压显著低于肖特基二极管的正向电压，因此可延长电池运行时间并扩大工作电压范围，同时确保在电源切换时无振荡，而很低的50mΩ导通电阻则可降低功耗并减少热量。
同时，LTC4415每个理想二极管的最大正向电流为4A，消耗不到45uA静态电流，同时其可调性可满足系统灵活性需求。此外，该IC采用具精准门限的互补输入EN1和/EN2对两个理想二极管进行独立使能，并能任意确定其优先级排序。如果任何一个输出电压超过其各自的输入电压，那么该理想二极管就关断，且开漏状态引脚指示这种传导状态。
结语
搭载高性能双向DC/DC转换器有助于48V轻混系统以更低成本实现大幅提高节能效率、减少二氧化碳排放的目标，满足各国日趋严苛的节能减排政策要求。目前，随着豪华品牌BBA以及长城、吉利等自主品牌的纷纷跟进和应用，在全面迈入电气化时代前，48V技术无疑给看似已经“到顶”的燃油车技术提供了更大的可能性，成为对接传统汽车和新能源汽车之间的桥梁。
