作者：Mustafa Dinc 現任Vishay Electronics GmbH有限公司全球汽車業務發展部高級總監
48 V 輕混電動汽車面臨日益嚴峻的挑戰，48 V / 12 V 轉換器需要靈活滿足未來需求。功率等級至少達到1.2 kW到 3.5 kW之間，視車型選擇不同。除了功率範圍外，首要任務是以可擴展概念優化成本，因為出售的每款車型配置並不相同。
調節汽車電氣系統的電壓轉換器
近年來，主動安全、節能減排等領域大量應用已集成到新車型中。這些應用包括起/停系統 (微混)、電動水泵、空調壓縮機、渦輪增壓器、助力轉向、翻滾抑制系統、駐車制動器、自動變速器和無真空助力制動器。此外還有ADAS (雷達、雷射雷達、帶超快處理器的攝像頭) 和選擇性催化還原系統 (柴油機尾氣處理液等)。因此，調節汽車電氣系統的電壓轉換器功率需要達到 1 kW，48 V / 12 V雙向電壓轉換器功率高達3.5 kW。
開發人員面臨的問題是：如何搭建 48 V / 12 V 轉換器，是否有必要始終為所有車型提供 3.5 kW 最大功率？ 也就是說，需要 1.2 kW 到 3.5 kW 功率，取決於車型的選擇配備。在已有48 V起動發電機基礎上，汽車製造商推出越來越多配備48V皮帶驅動起動發電機的柴油汽車。
42 V電氣系統
2000年，首次嘗試使用42V汽車電氣系統因多種原因失敗。因此，從2003年開始，用12V微混電動汽車取而代之。這種臨時解決方案(起-停系統方案) 可優化能耗大約5%。這項技術目前已用於60%以上的車輛中。12 V汽車電氣系統電壓調節最大波動範圍為 3 V ( 11 V至14 V )。這樣可防止其他電氣設備受負載波動的影響，並避免車輛電氣系統處於危險狀態。
如果電壓降至 11 V最低調節範圍以下，系統功率會根據情況下降。低於 9 V 的情況下，其他控制單元將根據功能和能量要求減速或關閉。電壓降至 6 V 以下會造成車輛電氣系統完全失效。因此，所有微混電動汽車需要DC/DC電壓轉換器 (圖 1) 的功率範圍為 400 W 至 1.5 kW，以確保起/停功能正常運行，同時不會對車輛中的其他設備產生負面影響。
調節汽車電氣系統的DC/DC轉換器
DC/DC 轉換器用於調節穩壓 12 V 微混電動汽車的電氣系統，以防重新起動時電氣系統電壓下降。信息娛樂系統、音頻和照明系統連續不間斷工作。帶分流檢測電阻器的智能電池傳感器可以連續測量電池功率和耗電量。12 V 系統能耗有限。即使採用最大功率發電機，也無需為額外的動態大電流系統供電。
因此，提高電氣系統的工作電壓，從而可以開發新的交流發電機。這為汽車製造商集成其他大功率電氣設備，進一步提高整車效率提供了極大的靈活性和可能性。這些汽車通常稱為輕混電動汽車(MHEV)。
雙向電壓轉換器
MHEV需要 48 V 和 12 V 電池 (圖 2)。因此，未來5至10年，48V輕混電動汽車需要安裝雙向48 V/12 V電壓轉換器。這些轉換器將取代12 V交流發電機。所需功率超過 600 W 的電氣系統將逐步轉換為 48 V子系統。電動助力轉向等動態系統以及起動發動機時，必須使用 12 V 電池作為緩衝器。
啟-停系統仍是減少二氧化碳排放的解決辦法。混合動力汽車需要第二電壓。48 V 電動汽車 (MHEV) 二氧化碳排放減少16%，同時發動機功率可提高23%。出現的一大問題是，如何搭建 48 V / 12 V 轉換器，是否有必要始終為所有車型提供 3.5 kW 最大功率？ 也就是說，需要 1.2 kW 到 3.5 kW 哪個功率等級，取決於車輛選型配置。
演示9 DC/DC轉換器1.5kW圖像
降壓-升壓轉換器
這種類型的轉換器要求非常高。從 48 V 輸入 (端子 40) 開始，電壓從 24 V到最大 54 V 不等，輸出端 (端子 30) 也面臨嚴峻挑戰，工作電壓範圍6 V 到 16 V。非常高的輸入電流 (升壓) 和輸出電流 (降壓) 幾乎一樣高，因此不難確定。降壓-升壓電流增加與兩種汽車電氣系統的低電壓成反比。在 3.5 kW 降壓-升壓轉換中，電流會短暫地變得非常高，尤其假設在最低輸入電壓時。
除了實現高效率面臨的挑戰 (> 96 %) 之外，擴展性和成本優化也增加了困難。預計未來許多車輛—主要是柴油車—將轉換為 48 V 輕混系統，因此應以可擴展的電壓轉換器策略為目標。有必要針對這些功率值，拓展到80 V和100 V新型半導體器件，以及用於存儲和濾波應用的大電流電感器。
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