本文转载自@@： 贸泽电子@@微信公众号@@@@
在@@汽车@@行业@@，从传统的@@@@12V配电系统@@向@@48V配电系统@@升级的@@趋势越来越明显@@。特别是@@在@@全球节能减碳的@@大背景下@@，随着人们对于@@48V电源系统@@的@@环保和@@经济价值的@@深入认知@@，在@@这条升级之路上的@@探索也越来越活跃@@。
大家都知道@@，以往汽车@@上的@@车载电子@@设备@@所需的@@电能@@，是@@将发动机的@@一部分动力转换为@@电能并存储在@@@@12V的@@蓄电池中@@@@，并通过@@12V的@@电源总线分配给各个@@用电单元@@。但是@@随着汽车@@架构和@@功能的@@升级@@，这种@@12V的@@配电系统@@使用起来越发显得捉襟见肘@@。
究其原因@@，一方面这是@@@@12V配电系统@@限制了传输功率的@@进一步提升@@，而随着汽车@@电动启停系统的@@应用@@，以及空调@@、ADAS和@@自动驾驶等更多汽车@@电子@@新功能的@@入驻@@，必须要找到打破这种@@功率@@“天花板@@”的@@有效方法@@。另一方面@@，总系统负载功率增加后@@，如果电压不变就需要增加电流以满足@@传输更高功率的@@要求@@，这不仅会增加电能在@@传输过程中@@的@@@@功率耗散@@，也会增加所需电源线缆的@@直径以及其他相关组件的@@尺寸@@，进而增加整车的@@重量@@，产生更多的@@能耗@@。
而如果采用@@48V配电系统@@，对于提升系统功率和@@降低能耗显然是@@大有裨益@@。有研究数据表明@@，48V轻混系统可以降低@@15-20%左右的@@整车能耗和@@排放@@，因此@@48V电源系统@@也被认为@@是@@驱动传统汽车@@向新能源汽车@@转型的@@重要技术@@因素@@。
迈过@@48V电源系统@@技术@@门槛@@@@
当然@@，作为@@一种新的@@电源架构@@，48V系统在@@规模化商用的@@过程中@@@@，还是@@有很多技术@@@@“门槛@@”需要去攻克@@。比如@@，当车辆采用@@48V电源系统@@，在@@高电流负载与电池之间进行开关操作时@@，就需要面对新的@@安全和@@可靠性挑战@@。
在@@传统的@@@@12V电源系统@@中@@@@，这样的@@开关操作通常是@@由机械继电器完成的@@@@。当继电器两个@@触点断开时会产生电弧@@，该@@电弧会随着触点之间距离的@@增加在@@数毫秒内自行熄灭@@。而在@@@@48V系统中@@@@，由于传输的@@功率更高@@，想要电弧自行熄灭就需要采用具有@@更大接触距离的@@继电器@@，或@@是@@增加额外的@@灭弧控制电路@@，这不但会增加系统整体的@@成本@@，并且额外的@@触点磨损还会降低继电器的@@预期寿命@@。因此@@，48V电源系统@@在@@进行电池和@@大电流负载@@（如电动助力转向@@、电动涡轮增压器等@@）间的@@开关操作时@@，需要一种新的@@方案@@。
为@@此@@，Vishay推出了一种自恢复电子@@保险丝参考设计@@@@@@（如图@@@@1所示@@）。该@@方案可以在@@@@48V电压下开关高达@@200A的@@负载@@，而整个@@方案都@@“浓缩@@”在@@一块小型的@@双面@@FR4印刷电路板上@@，且仅需被动冷却即可@@。这个@@电子@@保险在@@安全可靠地实现开关操作的@@同时@@@@，还能够提供必要的@@电路保护功能@@，且所有操作都是@@可恢复的@@@@，比传统的@@机械继电器具有@@更长的@@使用寿命@@。
图@@1：48V自恢复电子@@保险丝参考设计@@@@（图@@源@@：Vishay）
图@@2显示了这个@@电子@@保险丝参考设计@@的@@电路@@。其采用@@两组@@MOSFET（TR2/TR3）以双向排列方式连接@@，以用来处理高负载电流@@，并且可以防止在@@负载停用后电流通过@@MOSFET体二极管@@回流@@。每个@@开关需要@@10个@@Vishay SQJQ160E汽车@@用@@N沟道@@MOSFET并联连接@@，使得通路阻抗最小化@@，以降低功耗@@。在@@200A工作条件下@@，可将总功耗限制在@@@@10W以内@@。
图@@2：48V自恢复电子@@保险丝参考设计@@@@电路图@@@@（图@@源@@：Vishay）
为@@了防止短路情况下对负载造成损害@@，该@@设计使用了四颗并联的@@@@300μΩ分流电阻@@（图@@2中@@的@@@@R2，Vishay的@@WSLP3921）连续测量负载电流@@。当检测到电流过载时@@，控制器可以快速断开电池与短路负载的@@连接@@。同时@@，车身控制模块还可以经由串行接口通过@@，连续电流测量来监测车载蓄电池的@@充电水平@@、续航寿命等运作状况@@。
在@@开关启动的@@过程中@@@@，还经常会遇到一种情况@@——第一次将电池连接到负载时@@，由于负载中@@存在@@未充电的@@电容器组@@，可能会产生高峰浪涌电流@@。这可能会造成下级@@188足彩外围@@app 的@@损坏@@，也会影响电池的@@使用寿命@@，因此@@，必须使用预充电电路将浪涌电流限制在@@一个@@@@可接受的@@水平@@。
为@@了应对这一问题@@，本参考设计采用了@@Vishay的@@SQJA84E MOSFET（TR1）、VSS8D5M6肖特基二极管@@和@@@@D2TO20 SMD功率电阻@@（R1）将浪涌电流在@@@@48V时的@@最大值限制在@@@@5A。其设计思路是@@@@，负载通电之前@@，在@@一个@@@@10ms预定时间内接通@@TR1，并监测输出电压@@X3——如果输出电压未达到输入电压的@@@@90%，假设负载或@@接线短路@@，则该@@过程终止@@；如果输出达到适当的@@水平@@，则关闭@@TR1，然后打开@@TR2/TR3以接通负载@@。肖特基二极管@@的@@作用是@@在@@关闭时防止电流通过@@MOSFET体二极管@@回流@@。
此外@@，在@@保护特性方面@@，该@@参考设计采用@@Vishay的@@在@@热应力下具有@@优秀机械可靠性的@@@@NTCS0805 （NTC1）来监测温度@@。同时@@，使用两颗串联的@@@@TVS二极管@@—— XMC7K24CA（D1a）和@@5KASMC30A（D1b）—— 来保护电路和@@敏感元器件免受车辆负载瞬态高能量的@@冲击@@。
总之@@，这是@@一款各方面考虑非常周全@@、功能完备@@@@、性能出众的@@电子@@保险丝参考设计@@@@，可以作为@@传统机械继电器的@@替代方案@@，满足@@48V车载电源系统@@的@@设计要求@@。
电子@@保险丝参考设计@@BOM分析@@
如果我们仔细分析@@@@，成就这样一款@@“高规格@@”参考设计的@@秘诀@@，除了独特的@@设计思路@@，缜密的@@设计考量@@，还在@@于其采用@@的@@关键元器件各个@@都是@@精挑细选@@、性能突出的@@@@“干将@@”。今天我们就不妨深入到这款@@48V自恢复电子@@保险丝参考设计@@@@的@@@@BOM中@@，一探究竟@@。
SQJQ160E汽车@@用@@N沟道@@MOSFET
由上文的@@分析@@可以看出@@，Vishay 48V自恢复电子@@保险丝的@@核心开关功能@@，主要是@@通过@@10个@@SQJQ160E实现的@@@@。SQJQ160E是@@Vishay / Siliconix开发的@@汽车@@用@@@@N沟道@@MOSFET，其采用@@TrenchFET®️Gen IV技术@@，具有@@极低的@@漏极@@-源极导通电阻@@（VGS= 10V时仅为@@@@0.00085Ω），因此@@可以有效降低导通损耗和@@整体功耗@@。
由于采用了紧凑的@@@@PowerPAK®️8 x 8L封装@@，SQJQ160E具有@@出色的@@热性能@@，工作结温和@@存储温度为@@@@-55°C至@@+175°C。该@@产品符合@@@@AEC-Q101标准@@，并且满足@@无卤@@、无铅@@、RoHS指令等环保要求@@，可以说是@@高功率密度汽车@@应用的@@理想之选@@。
图@@3：SQJQ160E汽车@@用@@N沟道@@MOSFET（图@@源@@：Vishay）
D2TO20 SMD功率电阻@@
在@@限制负载浪涌电流的@@预充电电路设计中@@@@，Vishay / Sfernice的@@D2TO20SMD功率电阻@@是@@一颗很关键的@@@@188足彩外围@@app ，由于独特的@@物理结构和@@集成散热片@@，该@@厚膜电阻提供了优秀的@@功率处理和@@热传导特性@@。
D2TO20 SMD功率电阻@@采用@@TO-263（D2PAK）封装@@的@@表面贴装非电感性功率电阻@@@@，外形紧凑@@，具有@@0.01Ω至@@550Ω的@@电阻值范围@@，在@@25°C时功率为@@@@20W。该@@产品符合@@@@AEC-Q200标准@@，对汽车@@应用再合适不过了@@。
图@@4：D2TO20 SMD功率电阻@@（图@@源@@：Vishay）
XMC7K24CA XClampR™ TVS二极管@@
Vishay 48V自恢复电子@@保险丝方案在@@瞬态电压抑制功能方面@@，Vishay General Semiconductor的@@XMC7K24CA XClampR™ TVS二极管@@扮演着重要的@@角色@@。
具体来讲@@，XMC7K24CA具有@@超低钳位电压@@、低漏电流和@@@@7000W峰值脉冲功率@@（PPPM），其最大工作电压@@（VWM）为@@24V，峰值脉冲电流@@（IPPM）为@@180A，存储温度范围@@（TSTG）为@@-55°C至@@175°C。特别值得一提的@@是@@@@，该@@TVS二极管@@具有@@高温稳定性和@@高可靠性@@，符合@@AEC-Q101标准@@，将它收录在@@汽车@@@@48V电源相关解决方案的@@@@BOM中@@，显然是@@明智之选@@。
图@@5：XMC7K24CA XClampR™ TVS二极管@@（图@@源@@：Vishay）
本文小结@@
汽车@@48V电源系统@@的@@发展是@@大势所趋@@，但也像所有的@@技术@@升级之路一样@@，这个@@过程并非坦途@@，需要新的@@技术@@和@@方案来填坑过坎@@。
比如@@，在@@进行电池与大电流负载之间的@@开关操作时@@@@，就需要使用自恢复电子@@保险丝替代传统的@@机械继电器方案@@，以满足@@更安全@@、更可靠的@@设计要求@@。
Vishay按照这一设计要求打造的@@自恢复电子@@保险丝参考设计@@@@@@，既有设计上的@@匠心@@，也有选料上的@@精心@@，参透了其中@@的@@@@设计秘诀@@@@，汽车@@48V电源系统@@的@@应用开发也会变成一条坦途@@，让你可以在@@上面加速狂奔@@。