淺談通往42V汽車電子之路

????? 向42V汽車電氣系統的轉換有許多理由。但是，42V的實際實現卻由于經濟和技術方面的挑戰而受到種種制約。工程師在解決42V系統種種挑戰的同時，還在繼續對14V系統的各項指標進行優化。但將來，似乎汽車電氣方面的增長將鐘情于42V系統。那時，生產商將不得不在能夠支持未來的42V系統的同時，還要繼續為目前的14V系統繼續提供改進型和創新型產品。本文將討論42V的實現并深入研究未來的發展趨勢。

路漫漫但是必然

　　42V汽車電氣系統的進展究竟如何？更強大的42V標準在按照最初的預測進行具體的快速實施時拋了錨，而眼下沒有人認為會馬上得到快速采用。事實上，還有一些專家預測根本不可能實現這一轉換。14V架構和部件的最佳化，包括分布式電源網絡穩定性技術，延長了14V系統的壽命。不過，將來的某一天，系統性能方面的因素將迫使汽車制造商最終接受通往42V的轉換。成功的電子電氣部件供應商更會沿著這條路來很好地支持這一不可逆轉的轉換。不過，在研發如何成本有效地解決42V電源網絡所提出的各種挑戰的同時，制造商將會繼續對其目前的14V系統的產品進行優化。

推動轉換的各種因素

????? 隨著汽車電子和電氣部件的持續發展，在如何確保提供有效功率方面，制造商面臨著前所未有的挑戰。受到新的舒適性和安全性能、提高燃料利用效率、減少輻射、以及駕駛性能的改善等方面的驅使，汽車電子內容增加的速度從上個年代開始大大加速，而且這種局面在未來的10~15年內仍將繼續。電氣系統中的一些有代表性的功率負載的電氣功能和性能的實現要求在汽車電源的分配和管理方面必須進行某種方式的改進。這些新的電子系統為通往42V汽車電子系統的轉換提供了根本的驅動力。

　　采用一個更高的電源電壓的電氣系統所帶來的好處包括：

　　1. 能夠滿足14V系統無法滿足的一些附件的功率要求；

　　2. 改善了功率管理能力和系統的穩定性；

　　3. 降低了電流；

　　4. 通過減少電氣配線和部件以及利用電氣系統替代機械系統來減少了數量、體積和成本；

　　5. 增加了燃料效率；

　　6. 減小了車輛的NVH。

　　從表面上看，這么多好處似乎已經為42V標準的采納提供了足夠的理由。然而現實情況是，工程改進和部件能力的提升延緩了14V系統的壽命。從電氣部件效率的改進、架構的改變到系統級的功能集成，以及電源網絡穩定性的分配方法，都使得制造商延緩了通往一個完全不同的新標準的大規模轉換。此外，還有許多經濟和技術方面的原因，這也阻止了42V系統的實際實現。這些原因包括：

　　1. 已經為14V系統優化了的部件技術和架構的更換成本；

　　2. 更高電壓和功率電平所帶來的長期穩定性方面的問題；

　　3. 潛在的安全問題；

　　4. 部件和導線打火問題。

圖1：42V系統和12V系統各自的優勢比較。

42V的前方之路

　　根據我們的觀察，決定42V系統結果的并非一兩個因素的簡單事情。實際上是一系列因素相互混合的復雜事情，在做出決策時必須對這些因素進行折衷平衡。的確在某些方面，14V電源網絡無法滿足汽車電子內容繼續增加的道路上所需的電源性能。改往42V系統也確實具有許許多多的理由，包括從提高燃料效率和輻射改善到能夠實現更高的安全性能等。但是，事實上也具有許多維持現狀的理由。在通往42V的轉換中缺乏一個明確的分界線，從而需要往新技術研發方面分配一些資源。汽車電子供應商還必須繼續研發和改進基于傳統的14V系統的產品。與此同時，還必須緊盯未來將支持42V系統的技術和產品的發展。

　　為了認清目前問題所在和未來之路如何走，讓我們看一下上述的優缺點。首先可以肯定，對于42V系統來說，沒有解決不了的技術難題。實際的問題是成本，部分是由于與14V系統的比較所引起的。例如，42V系統能夠提供壽命可以與12V系統媲美的電池，但需要成本高一些的技術，比如需要用鋰電池或鎳氫電池來實現。電火花和腐蝕問題也可以通過增設電池切斷開關和密封連接器來實現，也就是說只是增加一些成本而已。

　　供應商將繼續改進技術來降低解決上述種種問題的成本。同時，汽車電子和電氣系統的應用將繼續增長。隨著42V系統的相對成本的降低和汽車電子內容的增加，42V系統的采用速率將得到動力，如圖2所示。

圖2：42V系統的應用動力隨著系統成本降低和汽車電子內容的增加而增加。

汽車電子和電氣供應商面臨的挑戰

　　目前的現狀對汽車電子和電氣部件供應商來說意味著什么呢？我們堅信這些供應商將繼續在優化14V系統的同時，來解決42V系統所帶來的挑戰。這將花費研發預算，從而影響我們所處時代的經濟。因此，必須采取技術研發和產品研發相結合的策略，從而確保有限資源的最有效利用。

　　例如，飛兆半導體繼續擴張其30V和40V的低壓PowerTrench MOSFETs產品系列。這些設計的目的是優化14V系統的汽車應用，例如動力方向盤和混合動力起動器/發電機、以及電機-和螺線管驅動器設計中的效率、性能和電路板面積。同時，該公司還繼續研發基于相似工藝的75V先進技術的MOSFET。

　　飛兆半導體也在研發新的多功能電源新產品系列。這些產品利用了大量的模擬和功率半導體工藝以及先進的、能夠被優化并同時用于14V和42V系統的封裝技術。

本文小結

　　將來，隨著汽車電子內容的持續增加和實現這些系統的相對成本的更加合理，將會向42V系統持續不斷地逐步轉移。汽車電子供應商必須與汽車生產商密切合作以便更好地理解系統的需求。他們必須在構建能夠用來支持未來42V系統的技術能力的同時，將研發預算繼續投入到改進和革新其支持目前的14V系統的產品上。在一個較長的時期內，供應商還必須集中精力并以可接受的成本來解決42V電源網絡帶來的各種挑戰。