電動車產業正面臨激烈價格戰。為滿足市場對平價電動車的需求，許多車廠必須從零開始，以成本為目標來開發新車款。對供應鏈來說，協助車廠、Tier 1滿足降低成本的需求，已成為能否成功打入電動車供應鏈的關鍵之一。為滿足客戶對成本的要求，德州儀器(TI)將祭出一系列策略。 德州儀器應用工程師經理林詠進(圖)表示，電動車產業正面臨激烈的價格戰，為迎合市場需求，許多車廠都在調整產品開發方向，甚至建立新團隊，專門設計以成本為主要考量的新車款。因此，雖然電動車產業當前有些許雜音，但產品開發還是在持續進行，需求反彈是可以期待的。但也因為車廠跟Tier...

AI、5G行動通訊與自動駕駛正推動全球科技基礎建設的持續升級，而在這場高速演進的競賽中，高效電源更是不可或缺的重點之一，在電源供應越來越訴求高功率的過程中，48V系統也在通訊、運算、汽車、工業等領域持續擴展相關應用。 Vicor工業應用工程團隊總監Tom...

在資料中心與通訊應用中48V是常用的配電規格，現已有許多不同解決方案能將48V降壓至中間電壓。其中最簡單的方法是採用降壓電路拓撲，其能提供高效能，但通常會有功率密度不足的缺點。運用耦合電感來升級多相降壓元件能大幅提升功率密度，不僅達到其他頂尖替代方案的水準，還能維持可觀的效能優勢。多相耦合電感在繞組之間會有逆向耦合，在每個相位電流上產生抵銷電流漣波的效應。此項優點可以拿來和效率、縮減尺寸、改進功率密度等因素一起做權衡評估。本文所介紹的實例除了能將磁性元件的體積與重量減少四倍，還能以1/8的產業標準模組建構出1.2kW的解決方案，達到的峰值效率超過98%。本文另外還闡述如何運用耦合電感的品質因數(FOM)來優化48V拓撲，對於專注研究DC-to-DC轉換領域的工程師將會有所裨益。 48V降壓基本架構 48V輸電軌通常會降壓至中間電壓，一般都是12V或是更低，之後由不同的近負載端穩壓器直接向各負載輸送各種不同的電壓。要將48V穩壓器降壓至12V，其中一個優先選項是考慮採用多相降壓轉換器，如圖1所示。此種解決方案有調節後電壓VO以及快速瞬態現象，在建置上簡單且不昂貴。然而，由於高效率通常被列為優先要務，因此48V轉換器的切換頻率通常比採用12V或甚至5V輸入電壓的應用來得低，如此才能壓低切換損耗。若以電壓乘以秒數的電壓積分來計算，對磁性元件造成的傷害等於兩倍，因為施加電壓已經過一段相當長的時間。因此，48V的磁性元件體積通常相當大，並有多圈繞組以承受相對於較低電壓應用明顯提高的電壓積分。48V降壓轉換器仍能達到高效率，但通常整體尺寸會明顯加大，其中電感會占去大部分的體積。 圖1　四相位的降壓轉換器具有多個分立電感 基本的48V至12V~1kW降壓轉換器有四個相位，配置6.8μH的分立電感，切換頻率為200kHz。這四個電感是最大與最高的元件，占去解決方案大部分的體積。本文的目標是維持或改進這個初始設計的效率，同時大幅縮減磁性元件的尺寸。 傳統降壓器每個相位的電流漣波可以公式1算出，其中工作週期D=VO/VIN，VO為輸出電壓，VIN為輸入電壓，L是電感值，FS是切換頻率。 這裡將分立式電感(DL)取代成耦合電感，其具有漏感Lk與互感Lm，CL(耦合電感)中的電流漣波如公式2所示。品質因數FOM如公式3所示，其中的Nph是耦合相位的數量，ρ為耦合係數(公式4)，j是運行係數，其定義了工作週期的應用區間(公式5)。 CL考量因素 改良的第一步是繪製Nph=4以及耦合係數Lm/Lk為數個特定合理值時的FOM圖，如圖2所示。紅線Lm/Lk=0代表分立式電感FOM=1的基線。其顯示了極低漏磁的凹口結構CL(NCL)通常會達到極高的Lm/Lk，因此會有較高的FOM值。然而，關注的工作週期如果落在第一個凹口D=12V/48V=0.25時最為理想，但仍有必要考量一定的VIN與VO範圍。有時額定VIN可以是48V或54V外加一些容限，VO可調整為不同於12V的值。如果工作週期在D=0.25附近變動，為了控制電流漣波，可以選擇具有明顯漏感應的CL設計，不應選擇NCL，而仍能維持明顯的FOM值。假設Lm/Lk>4，相較於DL基線，根據圖2的FOM，減少CL的電感值可獲得約六倍的效益。減少儲能會直接影響磁性元件所需的體積，將DL=6.8μH值減少到CL=1.1μH應有助於縮小元件尺寸。 圖2　一個似相位CL在不同Lm/Lk比值下與工作週期D呈現的函數關係。圖中特別標註出關注區域 圖3顯示相對應的電流漣波，包含基線設計DL=6.8μH，以及在VIN=48V與FS=200kHz的條件下四相位CL=4×1.1μH(Lm=4.9μH)。在關注區域中，CL的電流漣波接近或小於DL的電流漣波。表示所有電路波形的rms均方根值都相近，因此導通損耗也相近。在相同FS出現的相同漣波表示相同的切換損耗、以及閘極驅動損耗等，代表兩種解決方案的效率相當接近(假設DL與CL電感損耗的貢獻相近，唯一的差異只有此方面)。 圖3　DL=6.8μH與CL=4×1.1Μh的電流漣波，在VIN=48V而FS=200kHz的情況下，其與VO電壓呈現的函數關係。圖中特別標記點關注區域 圖4顯示設計的CL=4×1.1μH，取代四個DL=6.8μH電感。每個DL是28mm×28mm×16mm，假設各自相隔0.5mm：四相位CL尺寸為56.5mm×18mm×12.6mm，讓磁性元件體積縮減四倍。圖5顯示完整的1.2kW48V至12V穩壓解決方案，單片印刷電路板上的多個元件置入到1/4-brick規格的電源模組。CL尺寸與底面積特別設計成能將兩個CL元件置入業界標準的1/4-brick電源模組。將所有約1mm的元件(包括FET、控制晶片、陶瓷電容等)置於電路板底側，讓1.2kW解決方案能採用1/8-brick規格的電源模組。   圖4...

在當前快速演進的科技環境中，對可靠且高效的電源解決方案需求日益增加，48V電源電壓因其能有效降低電力傳輸損耗與整體能源消耗，成為資料中心、電動車、再生能源及通訊等多領域的重要選擇。 在持續變遷的科技世界中，各界對於可靠、高效率電源解決方案的需求持續攀升。48V電源電壓是近幾年獲得大量關注的一種電壓位準。雖然48V乍看之下並非創新技術，但其本身不僅具備數不清的益處，而且在系統層級、工業、汽車、通訊等應用已扮演重要角色。本文將透過現實世界的例子與展示，進一步深入探討48V電源電壓的各種優勢。 48V電源電壓由於其多元化用途以及和現有基礎設施的相容性，因此在各種應用中扮演著關鍵的角色。長久以來，電力輸送系統高度依賴標準的12V或24V電壓。然而，現代設備與電子產品持續升高的電源需求，加上業界對更具效率的系統與更高的能源經濟性的期待，促使各界紛紛採用如48V這類更高的電源電壓。 資料中心極度渴求節能型解決方案－像是功率密度極高的大型超級電腦。48V電源電壓是傳輸效率與轉換損耗之間一種具吸引力的折衷方案，升高電壓不僅能降低電力傳輸損耗，還能降低整體能源消耗。 此外48V電源電壓亦能助益汽車產業，尤其是電動車(EV)。隨著電動車加入各種先進功能與電力驅動的子系統，業界也更加渴望更省電的解決方案。48V架構不僅能提升在電能回充煞車時的能源恢復，並使廠商更容易整合各種高功率零組件，像是電動轉向系統以及先進駕駛輔助系統。 48V電源電壓的優勢 採用48V電源電壓的益處，可從提升效率一直涵蓋到更好的設計選項。以下即列出一些主要重點： 減低I２R損耗 降低電源傳遞系統中的損耗(I2R損耗)對效率有重大的影響。相較於電壓更低的系統，在一定的功率水平下48V電源電壓的系統電流會比較低。因此，傳輸過程中的I2R損耗會降低，進而促成更高的整體系統效率。 提升功率密度 相較於較低電壓的系統，48V電源電壓允許使用較小的導體與元件來進行相同的電力傳輸。這也相對應地提高功率密度，並允許更精巧的設計，尤其是在空間有限的應用。 增強型電壓調節 更高的電壓位準在定義上提供更高的電壓調節能力，在對波動敏感的應用中，這項特性十分重要。工業自動化與通訊系統為維持可靠的運作，通常會要求穩定且妥善調節的電壓位準。 設計彈性 48V電源電壓開創出許多額外的設計選項。其允許整合眾多具有不同電壓需求的子系統。包括馬達、感測器、通訊介面等都能並存於同一系統之中。 相容於再生能源 48V電源電壓在像是太陽能套件等再生能源系統中能和太陽能光電板的電壓輸出完善匹配。這種互通性使其能將各種再生能源電源整合到現有的電力系統中。 48V電源電壓建置關鍵 在充分發揮48V電源電壓效益的建置過程中，必須考量許多層面的因素。以下從系統層級、產業、以及通訊應用等角度來檢視這些基礎要素。 高效率電壓轉換 儘管48V越來越受歡迎，但並非所有裝置與元件都會直接處理這個電壓位準。許多電壓轉換方法相當有效率，如直流對直流轉換器，其能為需要較低電源電壓的子系統調降電壓(圖1)。 圖1　系統中的高效率電壓轉換 熱管理 圖2中電池備援單元(BBU)模組中更高的電壓位準，以及1/4磚型組件參考設計方案的方法都可能產生更多的熱。各種熱管理方法，像是散熱片、散熱風扇以及熱設計考量等，對於48V零組件的長壽性與可靠性非常重要。 圖2　ADI-BBU模組與1/4磚型規格組件參考設計方案 安全措施 在每個電子系統中，安全都是最關鍵的要素。雖然48V並非特別高的電壓，但仍需要適當的安全防範措施，像是電路保護、隔離屏障以及接地等，藉以防範和電擊穿有關聯的風險。隔離屏障的一個例子就是電氣隔離，如圖3所示，用來隔離48V與12V的系統應用。廠商如ADI的ADM2561E用於BBU模組Modbus通訊方法，在BBU模組與BBU模組架(Shelf)之間建立隔離式通訊機制。 圖3　輕油電混合動力車中48V與12V之間的電氣隔離 通訊協定 在現代工業與通訊應用中，互通性十分重要。建置標準化通訊協定除了在以48V電壓工作的子系統之間確保流暢的數據交換，還能提升整體系統效率。Open...

在當前快速演進的科技環境中，對可靠且高效的電源解決方案需求日益增加，48V電源電壓因其能有效降低電力傳輸損耗與整體能源消耗，成為資料中心、電動車、再生能源及通訊等多領域的重要選擇。 48V電源電壓系統...

Vicor發布了三款用於48V電動車電源系統的車規級電源模組。這些模組提供優秀的功率密度，可以滿足汽車廠商和一級供應商在2025年的生產需求。BCM6135、DCM3735和PRM3735使用Vicor設計的經過AEC-Q100認證的IC，並已完成與汽車客戶的PPAP(生產件批准程式)過程。 Vicor汽車業務副總裁Patrick...

Molex莫仕發布了一份新報告，探討48V電子系統技術的迅速興起，這項技術有望大幅提升汽車性能、效率、功能和舒適性。Molex的《重新規劃道路：利用48V電源》報告，探討了48V的發展趨勢，並對汽車製造商和產品設計工程師提供實用建議，幫助他們探索從傳統12V電子系統過渡到48V電子系統的可能性和挑戰。 Molex運輸創新解決方案資深副總裁Scott...

汽車電氣化可能是我們這個時代影響最廣的電源挑戰。這是車廠在從內燃機向純電動車轉型的過程中面臨的一個全球性問題。各地的研發團隊都在探索新的方法，試圖找到更好的解決方案來解決新舊電源的難題。 在標準電動車(EV)中，主要的設計考慮因素是配電與架構。當然，這些系統可能很複雜，其中整個車輛依靠電池(400V或800V)為低壓控制電子裝置(12V)提供了高壓直流，還有一個由AC電源供電的電機。 在這種框架中，高壓母線上需要DC-DC轉換器來將電壓降至較低水準，以便為下游負載供電。這些轉換器依賴於數百K赫茲的高頻率開關。因此，它們是系統內常見的電磁干擾(EMI)源。為了抵消其產生EMI，需要在DC-DC轉換器輸入端部署專用EMI濾波器，將其作為低通濾波器，衰減超過截止頻率的雜訊。 電源架構中另一個不可或缺的元件是電機驅動器，它是將電池的DC輸出轉換為AC，為電動車電機供電的必需品。在能量再生和推進過程中，電機驅動器會在系統的高壓母線中產生多餘的高壓紋波。這種紋波給DC-DC轉換器及其相關濾波器的安全性、可靠性及使用壽命帶來了重大挑戰。 電機驅動器開關工作產生的高壓紋波會給DC-DC轉換器及其相關濾波器甚至下游電子器件帶來不利影響。觀察濾波器會發現，由紋波引起的電壓和電流會在濾波器元件之間引起自發熱(PLOSS...

隨著汽車產業向48V區域架構發展，電源系統設計工程師正在尋找具有領先功率密度、重量和可擴充性的新型高壓電源轉換解決方案。Vicor將於4月16日至18日在底特律舉行的2024年國際汽車設計工程展(WCX)上發表五場演講，詳細介紹其使用新型高密度、可擴充的電源模組，配合專有拓撲和創新封裝技術，實現800V和48V電源轉換方面的創新方法。 Vicor的演講包括： 為開關頻率高於1.3MHz的高壓轉換實現EM傳導輻射合規性(演講者：Nicola...

特斯拉最近宣布，未來所有特斯拉電動車都將採用48V低壓系統。隨著產業朝著這個方向發展，將為OEM廠商以及一級供應商的適應帶來機遇和挑戰。採用分散式區域架構，在負載端將48V轉換為12V，是架構這類系統最有效的方法。Vicor高功率密度小型模組可使設計和建構區域架構變得簡單，為xEV提供支援。 汽車、卡車、公共汽車及摩托車製造商正在快速實現車輛電氣化以減少CO2排放。OEM廠商在採用多種方法實現電氣化，混合動力系統、插電式混合動力汽車(PHEV)和純電動車(BEV)是主要的電氣化途徑。雖然混合動力和PHEV動力系統保留了內燃機，並與基於交流發電機的12V...

純電動車(BEV)有嚴重的重量問題，因此，汽車OEM廠商在嘗試設計續航里程更長、安全性更高和電子內容更多的純電動車時，面臨嚴峻的限制條件。儘管面臨巨大的挑戰，但如果電動車中的傳統超重供電網路(PDN)被48V區域架構(Zonal...

貿澤電子(Mouser Electronics)宣布與Vicor合作推出全新內容流網站，針對48V產品與功率設計提供豐富資源。該網站刊載一系列深入文章、影片和資訊圖表，為設計人員和製造商提供完善資源，協助其開發採用更高電壓48V配電的全新電源設計。 不同於許多常見的12V系統，48V系統支援更高的功率等級，提供更高階的效能和功能。12V匯流排的效率會隨著功率增加而降低，因此為了使電纜承載更高的電流，將佔用更多空間且更重。48V系統則大幅降低電流和功率損耗，消除這些空間和重量效率不彰的問題。 全新48V內容流網站刊載了最新一期Electronic...