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1950年，汽車中大排量發(fā)動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用，原有的6V電壓系統(tǒng)架構(gòu)難以滿足日益增長的用電需求，汽車企業(yè)采用串聯(lián)兩個(gè)6V電池的方式，構(gòu)建12V低壓系統(tǒng)架構(gòu)。到20世紀(jì)60年代末，幾乎所有的汽車都采用了12V電壓系統(tǒng)，車內(nèi)照明、電動(dòng)車窗、點(diǎn)煙器、電池等電氣系統(tǒng)和組件，均圍繞12V通用電壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。此后，12V電壓系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域持續(xù)應(yīng)用長達(dá)60年之久。
2011年，隨著汽車中負(fù)載要求進(jìn)一步增加，排放法規(guī)愈發(fā)嚴(yán)格。在這一背景下，奧迪、寶馬、戴勒姆、保時(shí)捷和大眾聯(lián)合推出了48V系統(tǒng)，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器，將48V系統(tǒng)集成在原來的12V系統(tǒng)上。2023年11月，特斯拉Cybertruck更是將低壓電池電壓正式提升至48V。當(dāng)下，隨著汽車電氣化的迅猛發(fā)展，在汽車中廣泛采用48V電壓系統(tǒng)已成為必然趨勢。
Vicor工業(yè)應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì)總監(jiān)Tom Curatolo則表示：“汽車領(lǐng)域其實(shí)是48V電壓系統(tǒng)的新興應(yīng)用領(lǐng)域，電信行業(yè)才是最早采用48V電壓系統(tǒng)的。目前，高性能計(jì)算和工業(yè)等其他行業(yè)也正朝著這一方向發(fā)展。”
48V電壓系統(tǒng)優(yōu)勢
那么，為何這么多行業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向48V電壓系統(tǒng)呢？Tom Curatolo表示：“這是因?yàn)樗邆渲T多優(yōu)勢?！?/p>
首先，48V電壓系統(tǒng)能夠減少電源損失，提升效率。在相同功率條件下，其電流更低，較低的電流意味著產(chǎn)生的熱量更少。同時(shí)，布線時(shí)可以采用更細(xì)、更輕的導(dǎo)線，既節(jié)省成本，又減輕了器件重量。Tom Curatolo特別強(qiáng)調(diào)：“還有I2R損耗，這一點(diǎn)也很重要。因?yàn)樵谳^高的電壓下，當(dāng)電流通過電線或PCB線路時(shí)，熱損耗會降低，從而大幅提高效率?！?/p>
其次，48V電壓系統(tǒng)擁有更強(qiáng)的功率傳輸能力，能夠在更小體積內(nèi)提供更大的功率。目前，許多系統(tǒng)都需要升級功能，對功率的要求更高，相較于12V等低電壓系統(tǒng)，48V電壓系統(tǒng)能更輕松地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級。
還有，48V電壓系統(tǒng)還能提升系統(tǒng)性能。通過高效的電源系統(tǒng)，降低熱量產(chǎn)生，減少對復(fù)雜冷卻系統(tǒng)的要求，進(jìn)而提高系統(tǒng)的整體效率和可靠性。
全新DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊，簡化48V至12V轉(zhuǎn)換
盡管向48V電壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換優(yōu)勢顯著，但也給電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來諸多挑戰(zhàn)。作為48V模塊化電源產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)者，Vicor一直致力于通過其48V電源模塊簡化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)，幫助用戶實(shí)現(xiàn)48V-12V之間的轉(zhuǎn)換。
近期，Vicor發(fā)布了全新的穩(wěn)壓48V-12V DCM? DC/DC轉(zhuǎn)換器系列產(chǎn)品，旨在幫助上述行業(yè)順利、便捷地向48V電壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。該系列主要包含DCM3717和DCM3735兩款產(chǎn)品。據(jù)Tom Curatolo介紹，這兩款穩(wěn)壓DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作輸入電壓范圍為40V-60V，能產(chǎn)生10V-12.5V的可調(diào)穩(wěn)壓輸出。DCM3717系列提供750W和1kW兩種功率選項(xiàng)，DCM3735則為2kW設(shè)備。
Tom Curatolo表示：“這幾款DCM產(chǎn)品具有突出的競爭優(yōu)勢，它們的效率均超過96%，功率密度高達(dá)5kW/in3，更高的效率意味著散熱難度更低。而且產(chǎn)品封裝尺寸小、重量輕，可將整個(gè)電源設(shè)計(jì)的尺寸縮至最小，十分適合對器件尺寸和重量要求苛刻的應(yīng)用場景。此外，這幾款產(chǎn)品還具有易于使用，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度的特點(diǎn)?！?/p>
由于具備上述這些優(yōu)勢，這幾款產(chǎn)品非常適用于無人機(jī)、自動(dòng)測試設(shè)備（ATE）領(lǐng)域、汽車、數(shù)據(jù)中心、邊緣計(jì)算，以及5G有線/無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域。
Tom Curatolo也將這一系列的產(chǎn)品和競品進(jìn)行了比較，如下圖所示，Vicor的這一產(chǎn)品系列在多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)方面，尤其是功率密度上，具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢。
對于能實(shí)現(xiàn)如此高的功率密度，Tom Curatolo解釋道：“因?yàn)閂icor的CEO是技術(shù)出身，十分注重技術(shù)的創(chuàng)新和自主研發(fā)。在這一系列產(chǎn)品中，Vicor使用了零電壓開關(guān)技術(shù)（ZVS），對開關(guān)時(shí)間進(jìn)行精確控制，使其僅在電壓為零時(shí)進(jìn)行切換，這樣就不會出現(xiàn)電流和電壓突變，從而消除了損耗。”
另外，封裝技術(shù)也是Vicor的一大技術(shù)優(yōu)勢。該系列產(chǎn)品采用薄型SM ChiP表面貼裝技術(shù)，具備出色的熱適應(yīng)性，同時(shí)也簡化了熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
48V電壓系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用
未來，工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒊蔀?8V電壓系統(tǒng)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，包括電池化成和測試、測試與測量、無人機(jī)/遙控車、輕型電動(dòng)車及移動(dòng)出行、能源和可再生能源，以及機(jī)器人等。
特別是電池化成與測試和ATE領(lǐng)域，轉(zhuǎn)換至48V電壓系統(tǒng)可以獲得競爭優(yōu)勢，然而現(xiàn)有的12V電源轉(zhuǎn)換投資為此設(shè)立了障礙。Tom Curatolo表示：“Vicor擁有完善的48V電源模塊生態(tài)系統(tǒng)，產(chǎn)品具有高效率、小尺寸以及輕重量等特點(diǎn)，能夠幫助上述領(lǐng)域便捷地從12V轉(zhuǎn)換至48V電壓系統(tǒng)?！?/p>
寫在最后
汽車、高性能計(jì)算以及工業(yè)等領(lǐng)域向48V電壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)換已是大勢所趨。48V系統(tǒng)能為它們提供眾多競爭優(yōu)勢，但從12V轉(zhuǎn)換至48V仍需克服一些設(shè)計(jì)和成本等方面的挑戰(zhàn)。Vicor專注于48V電源架構(gòu)的研發(fā)和創(chuàng)新，相信能為這些領(lǐng)域從12V轉(zhuǎn)換48V電源架構(gòu)提供助力，消除他們的后顧之憂。
