对话嘉宾：Andreas Wisser，Vicor 欧洲、中东及非洲地区（EMEA）销售与市场副总裁；Haris Muhedinovic，Vicor 欧洲、中东及非洲地区工程经理

未来汽车不再只有单一电压轨，而是会同时包含 12V、48V 以及 400V 或 800V 左右的高压电压轨。DC-DC 转换器对于在这些直流电压轨之间高效转换能量不可或缺。我们与 Vicor 欧洲、中东及非洲地区工程经理 Haris Muhedinovic 以及 Vicor 欧洲、中东及非洲地区销售与市场副总裁 Andreas Wisser 进行了交流，话题涵盖 SDV 电源、安全性、冗余、电池、DC-DC 转换器等多个方面。

问：目前公司业务进展如何？

答：我们很满意，因为我们与 OEM 厂商建立了牢固的合作与伙伴关系。我们的主要优势之一是与 OEM 厂商保持着紧密联系。同时，OEM 厂商也非常看重我们的灵活性。他们并不只是想要一套普通的 DC-DC 产品路线图，而是会非常具体地告诉我们他们有哪些想法、需要什么。这正是我们的模块化方法发挥作用的地方。

DC-DC 转换器是区域架构的基础

问：我们该如何为 SDV 供电？

答：DC-DC 转换器是区域架构中供电的赋能者和基础，而这种架构正是软件定义汽车的支柱。每个区域控制器都需要一个 DC-DC 转换器，因为每个控制器都需要由高压直接转换而来的电源。借助我们的技术，就能够在非常小的空间实现供电。我们提供灵活的交钥匙电源解决方案，OEM 厂商和一级供应商都可以信赖。

问：与传统方法相比，你们的方法有何不同？例如在主动空气悬架系统中？

答：传统的主动空气悬架系统采用 48V 电压轨。除了 DC-DC 转换器之外，这还需要一个超级电容和/或一个电池。我们的解决方案完全基于一个响应速度非常快的 DC-DC 转换器，也就是说既不需要超级电容，也不需要单独的电池。这样就可以降低维护工作量，延长使用寿命，并消除与充电超级电容相关的问题。Vicor 的 DC-DC 转换器可以将能量直接转换至高压电池，而超级电容可能已经处于满电状态。现在已经不再需要让超级电容或 48V 电池保持在特定荷电水平，因为我们的 DC-DC 转换器可以立即提供高达 3.5kW 甚至 5kW 的功率。凭借双向模块，我们可以支持 90% 以上的主动阻尼系统。

问：您提到了模块化方法——这具体意味着什么？

答：对于关键领域，我们已经有合适的模块，例如从高压转换到 48V 或 12V、从 48V 转换到 12V、或者从 800V 转换到 400V 的模块。因此，OEM 厂商可以很容易地实现几条主要电压轨：高压、48V 和 12V。如果 OEM 厂商希望保留现有的 48V 加热系统、主动悬架或其他系统，同时将电池（包括牵引电压）迁移到 800V，那么只需相对较少的工作量即可实现。其他电压等级同样可行。OEM 厂商可以实施高度灵活的双向解决方案，从而覆盖广泛的供电网络需求并快速完成实施。原则上，只需要一块 800V 或 400V 的高压电池。所有其他电压轨，例如 48V 或 12V，都完全由快速 DC-DC 转换器来处理。

现在车辆中有许多应用在 48V 下运行效率更高。使用适当的转换器模块，隔离供电的负载始终可以获得所需的 48V 电源——要么来自高压轨，要么来自 12V 电压轨。例如，在 48V 转向系统中，高压轨可以通过适当的转换器提供主电源，而 12V 电压轨则作为备用。甚至可以通过 12V 点烟器插座维持混合动力汽车高压电池的荷电水平；而 DC-DC 转换器能够做到这一点。

48V 将在未来车载电气系统中发挥什么作用？

问：这将对车载供电网络产生什么影响？

答：我们相信未来属于 48V 电压轨，48V 将成为车辆中主要的低压等级。换句话说，48V 将成为新的 12V，尽管 12V 仍会继续存在。从长远来看，12V 电池将从车辆中消失，并被 48V 电池所取代。所有安全相关应用都将在 48V 下运行；并且从安全架构的角度来看，这些系统显然需要冗余电源——要么使用 48V 电池，要么使用另一个从高压到 48V 的 DC-DC 转换器。由于剩余的 12V 用电负载将不再是安全关键负载，因此配备高压电压轨的车辆将不再需要专用的 12V 电池。届时，DC-DC 转换器将为特定子系统提供所需的 12V 电源。

问：12V 将在哪些领域继续发挥作用？

答：有些系统仍会使用 12V 电源运行。这方面的典型例子包括车门模块、车内照明以及其他功耗相对较低的负载。目前，传统系统还不允许从 12V 全面过渡到 48V。然而，可以使用紧凑的 48V 转 12V 稳压器轻松提供这一电压。这样的转换器可以放置在采用 12V 电源的传统控制单元之前。即便在高性能应用中，我们也可以通过在负载点（PoL）直接从 48V 转换到 1V 甚至 0.8V，以大电流方式高效地提供所需电压。电流倍增器或正弦振幅转换器（也称为 SAC 或谐振转换器）是首选方法。挑战始终在于大电流，因为根据公式 P=I²×R，损耗与电流的平方成正比。因此，更好的做法是将较高的 48V 电压一直分配到电子设备附近，然后在那里使用高效的 PoL 稳压器。这个概念被称为分比式电源架构（FPA）。“分比式”指固定转换比率，例如 48V 与 12V 之间 4:1 的比率，或者从 48V 转换到 1V 时 48:1 的比率。本质上，这些分比式固定比率转换器的工作方式很像变压器，后者同样具有固定匝数比，因此也具有固定转换比。简单来说，可以将它们称作 DC 变压器。

问：为什么这些 DC 变压器在目前的设计中使用得仍然很少？

答：传统的转换器需要相当大的空间，而且它们的效率并不总是最高的。

现在，Vicor 通过 BCM 系列改变了这一局面。尽管这些分比式固定比率转换器的占用空间非常小，却能提供高达 98% 的效率。我们的工程师与制造部门密切合作，因为要在如此小的封装内管理 3.5kW 的功率并非易事。热优化尤其重要，无论是在转换器级别还是系统级别。然而，我们已经解决了这些挑战，并且也很好地控制了寄生电感和寄生电容。我们的所有磁性元件都采用平面结构，这意味着我们可以通过 100% 的自动化来复现磁性参数。原边和副边之间，或各层之间的距离始终保持不变。由于不需要绕制线圈，典型的绕线相关挑战也随之消失。因此，我们能够在电路板层面实现对设计的完全控制。

与数据中心的协同：从 800V 经 48V 到低于 1V 的电压等级

问：SiC 和 GaN 等宽禁带半导体在这里发挥什么作用？

答：我们同时使用硅 MOSFET 和氮化镓 MOSFET，并且目前正在开发属于我们自己的全新技术。在数据中心，也出现了从 800V 直接转换到 48V，甚至在接近负载点的位置转换到更低电压的趋势。这与汽车领域之间存在哪些协同效应？

是的，在高性能计算领域，800V 似乎也正在成为主力电压——想想英伟达正在推动的架构。从高压等级开始，电力始终会经过一个 48V 的中间电压级。单从高压安全的角度考虑，就必须具备电气隔离和接触防护。即便如此，也完全可以在紧挨着的位置设置一个 48V 转 0.9V 的转换器。在这方面，我们正收到越来越多来自数据中心领域的咨询。这不仅有利于高效的大批量制造，也是因为按照汽车质量标准开发的设计正在进入高性能计算领域。如果能在功耗达到兆瓦级的计算机机架中将效率提高几个百分点，不仅可以降低服务器本身的电费；而且还可以节约冷却成本，也就是废热排出成本，而这会产生非常大的影响。

问：汽车制造商和一级供应商对 DC-DC 转换器有什么要求？

答：我们与各种 OEM 厂商保持着非常紧密的合作伙伴关系。除了效率、热管理和尺寸等硬性技术因素外，其他方面也同样重要。例如，我们会帮助客户尽可能减少模块型号种类。借助我们的模块化解决方案，OEM 厂商可以使用预定义的封装尺寸，并选择不同的功率等级，如 2kW、4kW、6kW 甚至 10kW，从而以通用基础配置覆盖不同产品细分市场，同时保持全面的软件兼容性。OEM 厂商越来越希望在产品性能上实现差异化：从电机和牵引逆变器，到电池及其电池管理，再到各个 DC-DC 转换器。他们想要的不仅仅是 COTS（商用现货组件）——换句话说，不仅仅是标准组件。封装空间同样非常重要，因为空间有限，而且热管理也是一项真正的挑战。这正是我们解决方案的用武之地。在许多情况下，车辆设计需要很高的峰值功率，例如 5kW，但仅在最多 5% 的时间内需要。传统上，这会导致两种做法：要么使用一个明显过大的转换器，要么配置一个与之匹配的超级电容。借助新的模块，这些功率峰值可以被更有效地承接。当然，模块会升温，但以我们的 3.5kW 模块为例，其热阻为 0.1K/W，因此可以在相当长的时间内提供峰值功率。在没有散热器的情况下，我们可以连续 6 分钟提供 1.3kW 的功率，这意味着在很多情况下既不需要超级电容，也不需要缓冲电池。这些 BCM6135 DC-DC 转换器最近已经在多款全新车型中投入量产。Vicor BCM6135 是目前用于将高压转换为 SELV（安全特低电压，最高 60V）的最强大、最快速的 DC-DC 转换器，并成为推动车辆电源系统创新的催化剂。

问：在量产方面，这些新解决方案的接受度如何？

答：在欧洲，商业框架条件通常意味着，在过渡到批量生产时，与现有解决方案相比，这些创新会被放弃。然而在亚洲，全新产品正在进入量产。这是典型的“中国模式”：先引入创新，之后再专注于成本优化。相比之下，欧洲承袭的是成本优化的供应商模式，通常只有当创新同时可带来立竿见影的成本优势时，才会接受。因此，目前欧洲无法像其他地区那样快速实施创新。

问：谈到为 SDV 供电，我们讨论的是哪些技术规格？

答：一个关键因素是对电流变化的快速响应，因此通常需要约 500kA/s 的 di/dt 值。当我们的模块以 1.3MHz 或 1.5MHz 的开关频率工作时，实现这一点没有问题。双向转换能力对于实现 12V 负载的能量回收也很重要。与 12V 电池不同，我们的转换器不受温度影响；即使在 −20℃ 或 −40℃ 到 +80℃ 的温度范围内，它们也能提供高达 8MA/s 的 di/dt 值。由于分比式电源架构采用固定转换比，48V 电压轨上的 1μF 电容在 12V 电压轨上相当于 16μF，这有助于降低成本。如今，一款重量仅 65g、可将 800V 转换为 48V 的 3.5kW 模块，效率可超过 98%，即使在满载时也仍能达到 97% 以上。当从整体系统架构出发、自上而下地审视这些方面时，各项技术参数就形成了一幅协调一致的图景。归根结底，电源设计绝不能成为未来性能升级的瓶颈。

Andreas Wisser 现任 Vicor 欧洲、中东及非洲地区销售与市场副总裁，常驻德国伊斯马宁（Ismaning）。他在半导体行业销售与市场领域拥有 30 多年的经验，负责欧洲、中东及非洲地区业务，致力于发展并深化 VICOR 的客户关系，推动区域业务发展。他拥有科隆应用技术大学（FH Cologne）电气工程硕士学位和普尔茨海姆应用技术大学（Pforzheim University）的工商管理硕士学位。

Andreas Wisser，欧洲、中东及非洲地区销售与市场副总裁

Haris Muhedinovic 与 OEM 厂商及一级供应商合作，为最严苛的汽车应用设计并开发最高性能的电源解决方案。凭借对电力电子和电子系统的兴趣，Haris 持续关注行业新技术和新趋势，从而能够实施满足最严苛规格要求的电源解决方案。Haris 拥有萨拉热窝大学（University of Sarajevo）的硕士学位，并在电力电子设计与应用工程领域拥有 7 年的经验。

Haris Muhedinovic，欧洲、中东及非洲地区工程经理