汽車行業經歷了一場變革，幾乎涉及汽車設計的各個方面，從引擎管理到車身控制功能，再到車輪、制動和安全等等。整個車身上下，只有一個地方的架構仍和百年前一樣：配電架構。這個遺留部分也將和其他領域一樣經歷轉變 — 加入變革的行列。

　　50多年以來，作為領先的汽車電子技術供應商，恩智浦了解全球汽車行業的需求，并且憑借顛覆行業的先進技術展現了其滿足這些需求的能力。本白皮書將著重介紹汽車行業應改良現有配電架構的原因、描述可做出的改變，并說明此次變革將帶來哪些益處。

　　當今正在經歷的電氣化

　　當今正在經歷的車輛電氣化對所有車輛系統都產生了影響，并且為汽車配電架構革新提供了充分理由。推動電氣化浪潮的三股主要力量包括：“互聯汽車”模型、新動力系統與法規以及已獲得市場研究人員認可的平臺的全球化與合并。1本分析將從兩個方面進行分析：繼電器替代產品和保險絲替代產品。圖1顯示了汽車制造商在六個特定領域中的現狀。

　　圖1.汽車各部位更換繼電器的速度存在差異

　　照明（1）系統已經開始更換繼電器。座椅（2）和車門（3）也是如此。而電子控制單元（4）中的冷卻風扇、燃油噴射器、泵等裝置仍然在非常普遍地使用繼電器，數量為7-20個，具體由原始設備制造商決定（OEM）。此領域面臨的趨勢是，在2018年至2022年期間，將采用固態替代產品完全取代繼電器。

　　電氣化的遠大未來將依賴于配電架構經過改造的電力分配（5）接線盒。要將電力從蓄電池分配到每一個負載模塊或每一組負載，需要使用50到60（甚至100）根保險絲以及5到10個繼電器。舉例來說，連接至車身控制器的保險絲和電線就能控制數種不同功能。

　　如今，幾乎所有制造商都會在接線盒中使用繼電器和保險絲。而從2020年至2025年甚至到2030年的趨勢將是更換掉汽車配電盒中的所有機械部件。這個遠景似乎非常宏大，但已發生于世界各地的家庭和建筑中。事實上，數十年以前人們用斷路器代替保險絲之時就已經發生過。

　　最后一部分（6）是引擎管理。隨著停止-啟動系統和其他輕度混合應用中的48V系統功率不斷增加，48V總線上產生電弧，致使繼電器不足于滿足負載開關的要求。這種電弧后續還會造成其他系統問題。因此，48V應用對固態解決方案具有決定性的影響。

　　互聯汽車面臨的挑戰

　　對于互聯汽車趨勢，車輛的電力網絡必須與固定結構的外部電源相連。除了電源以外，要將48V輕度混合汽車連接至固定結構，車輛需要與車庫中的48V端口或外部48V電源進行通信。

　　48V功能將會帶來許多新特性，例如線傳電控技術，要求具備高品質和高安全等級。當下正在探討的趨勢是將集線器歸類為ISO 26262元件，適用于關鍵領域，例如線控轉向和線控制動。因此，配線應被視為事關安全的重要一面，需符合ISO 26262標準。雖然多年來，汽車安全的許多方面都要求遵守ISO規范，但對集線器新增這種要求尚屬首次。

　　在車輛中配備12V和48V兩種電源所增加的復雜性將會給設計、組裝、維修以及售后帶來挑戰，難以確保系統之間的兼容性和獨立性。

　　雖然與過去相比，汽車技術將變得更為先進，更為適合這些應用，但推動配電架構更替的真正力量卻將來自于互聯汽車的新功能，因為繼電器將不能滿足其需求。舉例來說，被許多制造商采用的啟停功能會影響到某些應用，例如擋風玻璃雨刮器。采用啟停動功能之后，雨刮器系統在切換循環數量方面的任務會大幅增大，遠遠超出普通繼電器的承受范圍。因此，繼電器無法在車輛的整個生命周期內發揮預期的作用。在其他應用（例如泵和HVAC系統）中，繼電器也面臨同樣的窘境。

　　表1匯總了各種趨勢以及固態電源和半導體公司供應商遇到的相應挑戰。

　　4.動力系統與法規

　　集線器優化和車輛減重背后的成本節省優勢引發了是否通過電氣化來實現汽車配電架構革新的二次爭論。舉例來說，2019年，歐盟（EU）每克超限二氧化碳排放的費用將會上漲，首克超限費用達95歐元。2為了避免支付高昂的罰款，OEM應該會積極優化和減輕集線器的重量，尤其是對于集線器平均重達30kg的中等車輛而言。

　　全球化

　　最后一個趨勢是全球化。借助大型平臺方案，OEM能夠盡可能縮短工程時間，降低相關成本，并縮短新車的整體上市時間。單個平臺能夠以最低的工程投入和成本，為一系列車輛提供通用性。對于半導體供應商而言，包含電源分配功能的集線器必須盡可能靈活，以便與高低端車輛兼容。

　　30多年來，人們一直提議利用半導體技術來取代機械式繼電器；近20年來，取代保險絲的功能已經實現。345但是，要使變革的力度足以拒絕現狀，則需要大幅減少現有替代產品的排放量。如今，某些OEM仍然需要啟動必要的設計活動來完成本次變革。

　　系統分析：繼電器

　　與機械式版本相比，固態繼電器具備多種差異化特性和優勢。表2顯示了對各項已知特征進行比較的結果。

　　機械式繼電器更為人熟知的問題之一即是觸點反彈。如圖2所示，觸點反彈或回彈可以產生高達300V/μs的dV/dt值。淘汰所有機械式繼電器之后，可以減少集線器內的電機干擾（EMI）噪音。

　　推動實施機械式繼電器更換的一個誘因就是有一項安全法規要求執行防夾診斷/保護。7要使機械式繼電器滿足這項法規要求，將需要許多額外的組件，這會大幅增加機械式設計的成本。這些昂貴的元件為提高系統要求增加了更多理由（例如，由于停止-啟動系統的任務增大和質量相關問題，需要加大繼電器，以應對浪涌電流）。采用48V電源之后，機械式繼電器將面臨嚴峻的兼容性挑戰。