隨著複雜的動力傳動管理係統、輔助電子加熱等舒適係統
，ABS（防抱死刹車係統）
、ESP（車身電子穩定係統）denganquanxitong，yijizhuduoqitaxitongderiyizengjia
，cheliangdedianqifuzaibuduanzengjia
，zhujianchengweihaonengdahu。yucitongshituidonglejiaoliufadianjigonglvshuipingdewenbutisheng。zai19世紀80年代初，即使豪華車輛其交流發電機也僅輸出約0.7 kW的功率。然而，目前車輛所需的功率輸出已經達到3.5kW
，幾乎為原來的7倍。隨之出現的問題是，如果14V交流發電機輸出這麼大的功率，則意味著發電機輸出電流將高達250A。在此電壓/電流比下
，發電機的效率僅為70%。這就要求發動機對發電機的輸入功率達到5kW。另外大電流的缺點在於它要求導體的截麵積必須很大，這導致車輛重量和整體成本的顯著增加。

 

48V係統可顯著提高效率

 

隨著人們對降低油耗和CO2排放量的要求日益提升，市場亟需找到針對性的解決方案。48V技術應運而生並帶來諸多優勢
，因為它使眾多僅通過12V係統無法解決的節能措施得以實現。其功能特性包括：

 

功率大於5kW時，能量回收效率很高

 

擴張的啟停功能，如緩慢啟動或平滑停止

 

電氣化單元
，如渦輪增壓器和電動助力轉向係統

 

支持微混型和輕度混合動力解決方案

 

48V係統並不是完全替代現有的12V架構。相反，這種方法不禁讓我們能對12V係統進行拓展，以處理功率更高的負載
，同時還能通過升降式轉換器裝置將48V係統耦合到這些係統中間。圖1解釋了這種架構的原理。常規的鉛酸或鉛酸膠體蓄電池用於12V等級，而鋰離子電池則用於48V等級。雙層電容器還可並聯在此處，以在恢複過程中改善電能的存儲狀況。

 

圖1：集成式12/48V板載電源的架構原理

 

主要改進在於將發電機的電平設置為48V等級
，以實現更高的功率輸出和能效等級。兩種電壓等級通過一個雙向降壓式轉換器裝置進行連接。

 

通過升降式轉換器實現高效耦合

 

在集成的12/48V係統中，最重要的元件是升降式轉換器，該轉換器允許能量在兩種不同的電壓等級之間雙向流動，並且能提供2～5kW的功率輸出。圖2顯示了這種轉換器的電路原理圖。在正常模式下，該轉換器作為降壓轉換器，將48V係統產生的功率輸出到12V係統中。在此工作模式下
，T2一直處於阻斷狀態，而T1則作為開關工作。如果需要輸出48V等級電壓，則必須采用升壓模式。在這種情況下，T1一直處於接通狀態，而T2則工作在脈衝模式下。為最大限度降低紋波電流和電壓，實際運用中需要將6個或8個模塊進行並聯。

 

圖2：降壓式轉換器電路圖

 

除開關晶體管外
，愛普科斯 （EPCOS） 功率電感器和儲能電容器也是升降式轉換器的核心元件。

 

TDK集團研發出兩種新的愛普科斯 （EPCOS） 功率電感器係列，作為轉換器儲能和平滑扼流圈。例如
，表麵貼裝 （SMD） 型ERU 27係列電感器具有高通流能力，且封裝緊湊
，麵積僅為30mm&TImes;27.8mm（圖3左側）。其插入高度為15.5mm或20.3mm，具體高度取決於電感值。這種緊湊型設計采用了具有高填充係數的扁平繞組予以實現。電感器具有六種不同型號
，電感範圍涵蓋3.5µH到與15µH的範圍，飽和電流介入19 A與49 A之間。為了提高元件在PCB上的機械穩定性，除兩個繞組焊盤外，該產品還增加了第三個焊盤。

 

除了此SMD產品外， 帶PTH端子的愛普科斯 （EPCOS） ERU 33係列產品（圖3右側）可供選擇適用其額定電感值為3.2µH~10µH，具體視不同型號而定。如為確保飽和電流為79A，電感器的電阻僅有0.85 mΩ。該係列的功率扼流圈尺寸為33mm&TImes;33mm&TImes;15mm，適用工作溫度範圍為-40°C至+150°C，並且符合RoHS標準，通過AEC-Q200可靠性測試。除標準的ERU 27和ERU 33型號外，我們還可根據客戶的特定需求進行定製。

 

圖3：緊湊型愛普科斯 （EPCOS） 功率電感器的通流能力最高可達75 A

 

具有高紋波電流輸出能力的極限耐振電容器

 

除電感器外，降壓式轉換器的核心元件還包括用於儲能和平滑處理的堅固型鋁電解電容器。愛普科斯 （EPCOS） B41689和B41789係列（圖4）專為滿足汽車電子產品的嚴格要求而設計
，其具備最高達60倍重力加速度的超強抗振動性能。此外，星形焊接和兩端帶陰極板觸點的電容器型號還能優化電容器的安裝，使電容器的等效串聯電感 （ESL） 維持在較低的數值。

 

圖4：應用於汽車電子的愛普科斯 （EPCOS） 鋁電解電容器具有最高達60g的超強抗振動性能
，且最高工作溫度可達150°C。

 

由於內置多個觸點
，這些電容器的等效串聯電阻 （ESR） 也相當之低，從而具有更高的紋波電流能力和更低的損耗。當環境溫度為125 °C時，這些電容器的連續紋波電流能力可達29.5 A

，具體視電容器型號而定。其中，汽車係列額定電壓為25V、40V（或12V）和63V（或48V）的應用而設計。在這些電壓等級下，它們能工作在具有兩種不同電壓等級的新型車載電源係統中。在這電容器的電容量可從360µF至4500µF。

 

除功率電感器和鋁電解電容器等核心元件外，降壓式轉換器還包括一係列的其他TDK集團的元件，如多層陶瓷電容器 （MLCC）、電流互感器和壓敏電阻等。

 

渦輪增壓器提升發動機效率

 

 

除泵機等常規電氣化單元外，48V技(ji)術(shu)還(hai)通(tong)過(guo)電(dian)子(zi)渦(wo)輪(lun)增(zeng)壓(ya)器(qi)提(ti)高(gao)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)。常(chang)規(gui)的(de)渦(wo)輪(lun)增(zeng)壓(ya)器(qi)主(zhu)要(yao)通(tong)過(guo)消(xiao)耗(hao)燃(ran)氣(qi)進(jin)行(xing)驅(qu)動(dong)，因(yin)此(ci)它(ta)們(men)的(de)性(xing)能(neng)與(yu)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)密(mi)切(qie)相(xiang)關(guan)。此(ci)外(wai)，它(ta)們(men)在(zai)運(yun)行(xing)中(zhong)還(hai)稍(shao)有(you)延(yan)遲(chi)
，我(wo)們(men)將(jiang)其(qi)稱(cheng)之(zhi)為(wei)“渦輪遲滯”。該缺點可通過電動充電器予以消除，特別是當它們需要在較低的發動機轉速下實現快速響應時，如市區行駛，從而提高發動機的效率（如圖所示）。此外它還具有以下優勢：電子渦輪增壓器能與常規渦輪增壓器相結合
，進一步提高充電電壓，或在發動機轉速達到很高時關閉電動充電器。

 

 

推薦閱讀：