近年來，隨著整車用電功率的不斷提升，整車電壓也隨之逐步提高。事實(shí)上，早在20世紀(jì)90年代初，美國汽車工程師學(xué)會（SAE）就曾提出過將汽車標(biāo)準(zhǔn)電壓提升至42V的建議。2011年，德國汽車制造商提出將48V作為新的標(biāo)準(zhǔn)。不過受制于技術(shù)手段，48V電壓雖在起停電機(jī)、底盤等部件有所應(yīng)用，但并未作為標(biāo)準(zhǔn)電壓得到推廣。

對比12V，同等負(fù)載功率下，48V電壓架構(gòu)下，所需僅為此前的1/4，對應(yīng)的線束線徑和重量 以及損耗大幅優(yōu)化。因此，48V架構(gòu)意味著輕量化，低成本和高效的優(yōu)勢。

率先將48V電壓平臺作為標(biāo)準(zhǔn)電壓平臺應(yīng)用的是特斯拉，在其2023年上市的Cybertruck車型中，特斯拉宣布采用48V整車電壓平臺。不過，從其公開資料顯示，Cybertruck采用的是48V和12V混合電壓架構(gòu)。典型如底盤領(lǐng)域，特斯拉依然采用的是12V電壓架構(gòu)。

在特斯拉引領(lǐng)下，其他整車企業(yè)迅速跟進(jìn)48V架構(gòu)進(jìn)程。從行業(yè)進(jìn)展來看，48V架構(gòu)預(yù)計(jì)在2027年國內(nèi)車廠實(shí)現(xiàn)落地，中國整車企業(yè)加速推進(jìn)。第一階段在2027年前后，主流新能源品牌的48V車型開始量產(chǎn)投放。

真正的規(guī)?；瘧?yīng)用在2030年之后，隨著方案的成熟、供應(yīng)鏈的規(guī)?；约胺ㄒ?guī)的優(yōu)化，其預(yù)測到2031年，全球48V架構(gòu)（含12V混合架構(gòu)）的新車滲透率將超過25%。 

01.

第一階段，48V成為主干網(wǎng)絡(luò)，12V依然大量保留

48V和12V共存主要考慮兩個(gè)方面。

◎一是48V架構(gòu)成本節(jié)省其實(shí)與其負(fù)載功率息息相關(guān)。數(shù)據(jù)表明，在負(fù)載功率60W以上，48V才會表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。而在60W以下，48V架構(gòu)優(yōu)勢并不明顯。而域控制器和負(fù)載功率的提升與否，與整車電子電氣架構(gòu)方案有關(guān)。

◎二是目前整個(gè)48V供應(yīng)鏈生態(tài)還處于早期，此前雖有48V起發(fā)電機(jī)和底盤（如主動(dòng)防傾桿）的48V應(yīng)用，但其無論規(guī)模還是方案適用程度都無法滿足整車48V架構(gòu)的需求。

因此第一階段的48V架構(gòu)嚴(yán)格意義上來說是與12V架構(gòu)的混合方案。

而從架構(gòu)上來看，主要有以下三種選擇。

◎第一種架構(gòu)中，控制器主干網(wǎng)為48V電壓平臺，在控制器中集成DC-DC實(shí)現(xiàn)降壓，可同時(shí)為48V負(fù)載和12V負(fù)載提供配電。為滿足冗余要求，采用雙向串聯(lián)供電方式。僅保留48V電池，但采用DC-DC+左右串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)雙向冗余供電。

◎第二種架構(gòu)中，與第一種方案相似，但冗余方式不同。額外增加單獨(dú)PDU，其可直接為12V負(fù)載和48V提供配電，實(shí)現(xiàn)冗余供電。電源方面則僅保留48V蓄電池和48V DC-DC。

◎第三種架構(gòu)中，控制器主干網(wǎng)為12V電壓平臺，48V負(fù)載僅由PDU進(jìn)行配電。同時(shí)存在12V和48V蓄電池，以及其對應(yīng)的DC-DC。

從應(yīng)用情況來看，行業(yè)更傾向選擇第一種架構(gòu)方案。不過這個(gè)架構(gòu)方案中，由于需要在控制器中集成DC-DC功能，尤其對于大功率配電要求而言，在電路板面積、散熱和成本方面面臨一定挑戰(zhàn)。

第一種架構(gòu)方案的優(yōu)勢是域控制器配電的功率幾乎沒有限制。對于未來不斷升級的集中式電子電氣架構(gòu)而言，在滿足區(qū)域配電目的同時(shí)，還可滿足其不斷增加的配電功率。

02.

48V兩個(gè)核心增量，意法半導(dǎo)體已有成熟經(jīng)驗(yàn)

以第一種架構(gòu)為例，域控制器可分為三大部分，分別為48V配電和驅(qū)動(dòng)，低壓電源樹和12V配電和驅(qū)動(dòng)。目前意法半導(dǎo)體具有完整解決方案。

48V配電和驅(qū)動(dòng)部分主要包含eFuse電子保險(xiǎn)絲、HSD高邊驅(qū)動(dòng)、BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有刷直流電機(jī)和音頻功放等。

低壓電源樹部分主要用于MCU控制和通信接口供電。

12V配電和驅(qū)動(dòng)中，通過DC-DC電路為無法實(shí)現(xiàn)切換或者保留在此網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載提供配電。怎么平衡好功率，散熱，面積和成本，設(shè)計(jì)和工程實(shí)現(xiàn)上存在挑戰(zhàn)。

此外，由于電壓升高之后，對應(yīng)的瞬變電壓、爬電距離與電氣安全也隨之改變，相應(yīng)的也需要滿足新的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。

目前現(xiàn)行48V標(biāo)準(zhǔn)主要參照ISO21780，國標(biāo)對應(yīng)GB/T 45120-2024。不過以上都是此前針對48V輕混制定的標(biāo)準(zhǔn)，最大工作電壓為60V，瞬態(tài)電壓為70V@40ms?？紤]到供電源來自DC-DC中不存在傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)，電源輸出要更為穩(wěn)定，因此客觀來說，該標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格于實(shí)際應(yīng)用需求。

03.

規(guī)?；螅骷?，性能升級

法規(guī)是是推動(dòng)48V走向規(guī)模化的關(guān)鍵因素之一。作為后續(xù)48V的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，IS0 25769預(yù)計(jì)在2028年左右發(fā)布。該標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)會降低最大電壓要求，以及瞬態(tài)電壓時(shí)間。使其更加適配48V域控制器工作環(huán)境要求。

法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的確定也會快速推動(dòng)48V架構(gòu)方案的成熟。

在應(yīng)用方面，典型的變化在于提升48V器件的集成度。如更多通道集成，更高功率密度的HSD高邊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)成本的優(yōu)化。不過也帶來了系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)和電源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定等新的挑戰(zhàn)。

與此同時(shí)，48V直接配電也有利于功率的提升和散熱設(shè)計(jì)處理，可以將更多的部件集成至域控制器中，典型如分布式音頻功放單元。加速集中式電子電氣架構(gòu)的發(fā)展。

這其中，電源拓?fù)浞桨傅倪x擇最為重要。目前48-12V電源拓?fù)渲饕蠸TC/SCC、LLC和BUCK/BOOST可選。特斯拉選擇的是SSC雙向電源控制。意法半導(dǎo)體目前推出的是基于意法半導(dǎo)體STi2GaN工藝推出BUCK/BOOST 雙向架構(gòu)的數(shù)字電源產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)ASIL B 功能安全， 10*10mm的封裝內(nèi)實(shí)現(xiàn)1kW級別功率等級，目標(biāo)轉(zhuǎn)換效率達(dá)到97%，更加適配域控制器的小型化要求。

此外，工藝的選擇至關(guān)重要。當(dāng)前，48V芯片主要有兩種工藝選擇，一種是BCD工藝，另外一種是垂直工藝。

BCD工藝是1986年由意法半導(dǎo)體首次推出的一種單晶片集成工藝技術(shù)，能夠在同一芯片上制作Bipolar，CMOS和DMOS器件。優(yōu)勢在于高的集成度、低功耗和芯片面積?？梢栽趩纹霞筛呔饶M、高性能數(shù)字和高功率元器件，尤其用于提升電源管理方案的性能。

相比于BCD工藝，垂直工藝的優(yōu)勢在于可以提供極致的功率密度芯片，更容易實(shí)現(xiàn)緊湊、高效的電源設(shè)計(jì)。意法半導(dǎo)體在1991年開發(fā)并量產(chǎn)的VIPower便是垂直工藝技術(shù)。此工藝為中/高功率汽車負(fù)載提供電源控制、保護(hù)和診斷功能。該垂直架構(gòu)制造工藝具有高功率密度的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)緊湊、高效的電源設(shè)計(jì)。 此外，意法半導(dǎo)體為市場提供品種齊全的汽車級低壓MOSFET產(chǎn)品，這些MOSFET為汽車應(yīng)用的高要求專門設(shè)計(jì)，并符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有卓越的性能，包括但不限于導(dǎo)通電阻（RDS(on)）小，開關(guān)速度快，耐雪崩能力強(qiáng)等等。

值得一提是，目前業(yè)內(nèi)同時(shí)具備BCD和垂直工藝能力的僅有英飛凌和意法半導(dǎo)體。

總結(jié)

可以看出，在48V從量產(chǎn)走向成熟的背后，是法規(guī)、產(chǎn)品和供應(yīng)鏈共同進(jìn)步的結(jié)果。作為48V架構(gòu)的先行者，意法半導(dǎo)體已經(jīng)積累有成熟的48V解決方案，并且憑借產(chǎn)品+工藝技術(shù)的儲備，勢必將成為48V發(fā)展過程中優(yōu)異的合作方，助力整車架構(gòu)的全面升級。

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