對話嘉賓：Andreas Wisser，Vicor 歐洲、中東及非洲地區（EMEA）銷售與市場副總裁； Haris Muhedinovic，Vicor 歐洲、中東及非洲地區工程經理

未來汽車不再只有單一電壓軌，而是會同時包含 12V、48V 以及 400V 或 800V 左右的高壓電壓軌。 DC-DC 轉換器對於在這些直流電壓軌之間高效轉換能量不可或缺。 我們與 Vicor 歐洲、中東及非洲地區工程經理 Haris Muhedinovic 以及 Vicor 歐洲、中東及非洲地區銷售與市場副總裁 Andreas Wisser 進行了交流，話題涵蓋 SDV 電源、安全性、備援、電池、DC-DC 轉換器等多個方面。

問：目前公司業務進展如何？

答：我們很滿意，因為我們與 OEM 廠商建立了牢固的合作與夥伴關係。 我們的主要優勢之一是與 OEM 廠商保持著緊密聯系。 同時，OEM 廠商也非常看重我們的靈活性。 他們並不只是想要一套普通的 DC-DC 產品路線圖，而是會非常具體地告訴我們他們有哪些想法、需要什麼。 這正是我們的模組化方法發揮作用的地方。

DC-DC 轉換器是區域架構的基礎

問：我們該如何為 SDV 供電？

答：DC-DC 轉換器是區域架構中供電的賦能者和基礎，而這種架構正是軟體定義汽車的支柱。 每個區域控制器都需要一個 DC-DC 轉換器，因為每個控制器都需要由高壓直接轉換而來的電源。 借助我們的技術，就能够在非常小的空間實現供電。 我們提供靈活的交鑰匙電源解決方案，OEM 廠商和一級供應商都可以信賴。

問：與傳統方法相比，你們的方法有何不同？ 例如在主動空氣懸架系統中？

答：傳統的主動空氣懸架系統採用 48V 電壓軌。除了 DC-DC 轉換器之外，這還需要一個超級電容和/或一個電池。我們的解決方案完全基於一個響應速度非常快的 DC-DC 轉換器，也就是說既不需要超級電容，也不需要單獨的電池。這樣就可以降低維護工作量，延長使用壽命，並消除與充電超級電容相關的問題。Vicor 的 DC-DC 轉換器可以將能量直接轉換至高壓電池，而超級電容可能已經處於滿電狀態。 現在已經不再需要讓超級電容或 48V 電池保持在特定荷電水准，因為我們的 DC-DC 轉換器可以立即提供高達 3.5kW 甚至 5kW 的功率。 憑藉雙向模組，我們可以支持 90% 以上的主動阻尼系統。

問：您提到了模組化方法——這具體意味著什麼？

答：對於關鍵領域，我們已經有合適的模組，例如從高壓轉換到 48V 或 12V、從 48V 轉換到 12V、或者從 800V 轉換到 400V 的模組。因此，OEM 廠商可以很容易地實現幾條主要電壓軌：高壓、48V 和 12V。如果 OEM 廠商希望保留現有的 48V 加熱系統、主動懸架或其他系統，同時將電池（包括牽引電壓）遷移到 800V，那麼只需相對較少的工作量即可實現。 其他電壓等級同樣可行。 OEM 廠商可以實施高度靈活的雙向解決方案，從而覆蓋廣泛的供電網路需求並快速完成部署。 原則上，只需要一塊 800V 或 400V 的高壓電池。 所有其他電壓軌，例如 48V 或 12V，都完全由快速 DC-DC 轉換器來處理。

現在車輛中有許多應用在 48V 下運行效率更高。使用適當的轉換器模組，隔離供電的負載始終可以獲得所需的 48V 電源——要麼來自高壓軌，要麼來自12V電壓軌。例如，在 48V 轉向系統中，高壓軌可以通過適當的轉換器提供主電源，而 12V 電壓軌則作為備用。 甚至可以通過 12V 點煙器插座維持混合動力汽車高壓電池的荷電水准； 而 DC-DC 轉換器能够做到這一點。

48V 將在未來車載電力系統中發揮什麼作用？

問：這將對車載供電網路產生什麼影響？

答：我們相信未來屬於 48V 電壓軌，48V 將成為車輛中主要的低壓等級。 換句話說，48V 將成為新的 12V，儘管 12V 仍會繼續存在。 從長遠來看，12V 電池將從車輛中消失，並被 48V 電池所取代。 所有安全相關應用都將在 48V 下運行； 並且從安全架構的角度來看，這些系統顯然需要冗餘電源——要麼使用 48V 電池，要麼使用另一個從高壓到 48V 的 DC-DC 轉換器。 由於剩餘的 12V 用電負載將不再是安全關鍵負載，因此配備高壓電壓軌的車輛將不再需要專用的 12V 電池。 届時，DC-DC 轉換器將為特定子系統提供所需的 12V 電源。

問：12V 將在哪些領域繼續發揮作用？

答：有些系統仍會使用 12V 電源運行。 這方面的典型例子包括車門模組、車內照明以及其他功耗相對較低的負載。 目前，傳統系統還不允許從 12V 全面過渡到 48V。然而，可以使用緊湊的 48V 轉 12V 穩壓器輕鬆提供這一電壓。 這樣的轉換器可以放置在採用 12V 電源的傳統控制單元之前。 即便在高性能應用中，我們也可以通過在負載點（PoL）直接從 48V 轉換到 1V 甚至 0.8V，以大電流方式高效地提供所需電壓。 電流倍增器或正弦振幅轉換器（也稱為 SAC 或諧振轉換器）是首選方法。 挑戰始終在於大電流，因為根據公式 P=I²×R，損耗與電流的平方成正比。因此，更好的做法是將較高的 48V 電壓一直分配到電子設備附近，然後在那裡使用高效的 PoL 穩壓器。 這個概念被稱為分比式電源架構（FPA）。 “分比式”指固定轉換比率，例如 48V 與 12V 之間 4:1 的比率，或者從 48V 轉換到 1V 時 48:1 的比率。 本質上，這些分比式固定比率轉換器的工作方式很像變壓器，後者同樣具有固定匝數比，因此也具有固定轉換比。 簡單來說，可以將它們稱作 DC 變壓器。

問：為什麼這些 DC 變壓器在目前的設計中使用得仍然很少？

答：傳統的轉換器需要相當大的空間，而且它們的效率並不總是最高的。

現在，Vicor 通過 BCM 系列改變了這一局面。 儘管這些分比式固定比率轉換器的佔用空間非常小，卻能提供高達 98% 的效率。 我們的工程師與製造部門密切合作，因為要在如此小的封裝內管理 3.5kW 的功率並非易事。 熱優化尤其重要，無論是在轉換器級別還是系統級別。 然而，我們已經解决了這些挑戰，並且也很好地控制了寄生電感和寄生電容。 我們的所有磁性元件都採用平面結構，這意味著我們可以通過 100% 的自動化來複現磁性參數。 原邊和副邊之間，或各層之間的距離始終保持不變。 由於不需要繞制線圈，典型的繞線相關挑戰也隨之消失。因此，我們能够在電路板層面實現對設計的完全控制。

與資料中心的協同：從 800V 經 48V 到低於 1V 的電壓等級

問：SiC 和 GaN 等寬禁帶電晶體在這裡發揮什麼作用？

答：我們同時使用矽 MOSFET 和氮化鎵 MOSFET，並且目前正在開發屬於我們自己的全新技術。 在資料中心，也出現了從 800V 直接轉換到 48V，甚至在接近負載點的位置轉換到更低電壓的趨勢。 這與汽車領域之間存在哪些協同效應？

是的，在高性能計算領域，800V 似乎也正在成為主力電壓——想想英偉達正在推動的架構。 從高壓等級開始，電力始終會經過一個 48V 的中間電壓級。 單從高壓安全的角度考慮，就必須具備電力隔離和接觸防護。 即便如此，也完全可以在緊挨著的位置設定一個 48V 轉 0.9V 的轉換器。 在這方面，我們正收到越來越多來自資料中心領域的諮詢。 這不僅有利於高效的大批量製造，也是因為按照汽車品質標準開發的設計正在進入高性能計算領域。 如果能在功耗達到兆瓦級的電腦機架中將效率提高幾個百分點，不僅可以降低服務器本身的電費； 而且還可以節約冷卻成本，也就是廢熱排出成本，而這會產生非常大的影響。

問：汽車製造商和一級供應商對 DC-DC 轉換器有什麼要求？

答：我們與各種 OEM 廠商保持著非常緊密的合作夥伴關係。 除了效率、熱管理和尺寸等硬性技術因素外，其他方面也同樣重要。 例如，我們會幫助客戶盡可能减少模組型號種類。 借助我們的模組化解決方案，OEM 廠商可以使用預定義的封裝尺寸，並選擇不同的功率等級，如 2kW、4kW、6kW 甚至 10kW，從而以通用基礎配寘覆蓋不同產品細分市場，同時保持全面的軟體兼容性。 OEM 廠商越來越希望在產品效能上實現差异化：從電機和牽引逆變器，到電池及其電池管理，再到各個 DC-DC 轉換器。 他們想要的不僅僅是 COTS（商用現貨組件）——換句話說，不僅僅是標準組件。 封裝空間同樣非常重要，因為空間有限，而且熱管理也是一項真正的挑戰。 這正是我們解決方案的用武之地。 在許多情况下，車輛設計需要很高的峰值功率，例如 5kW，但僅在最多 5% 的時間內需要。 傳統上，這會導致兩種做法：要麼使用一個明顯過大的轉換器，要麼配寘一個與之匹配的超級電容。 借助新的模組，這些功率峰值可以被更有效地承接。 當然，模組會升溫，但以我們的 3.5kW 模組為例，其熱阻為 0.1K/W，因此可以在相當長的時間內提供峰值功率。 在沒有散熱器的情况下，我們可以連續 6 分鐘提供 1.3kW 的功率，這意味著在很多情况下既不需要超級電容，也不需要緩衝電池。 這些 BCM6135 DC-DC 轉換器最近已經在多款全新車型中投入量產。 Vicor BCM6135 是目前用於將高壓轉換為 SELV（安全特低電壓，最高 60V）的最强大、最快速的 DC-DC 轉換器，並成為推動車輛電源系統創新的催化劑。

問：在量產方面，這些新解決方案的接受度如何？

答：在歐洲，商業框架條件通常意味著，在過渡到批量生產時，與現有解決方案相比，這些創新會被放弃。 然而在亞洲，全新產品正在進入量產。 這是典型的“中國模式”：先引入創新，之後再專注於成本優化。 相比之下，歐洲承襲的是成本優化的供應商模式，通常只有當創新同時可帶來立竿見影的成本優勢時，才會接受。 因此，目前歐洲無法像其他地區那樣快速實施創新。

問：談到為 SDV 供電，我們討論的是哪些技術規格？

答：一個關鍵因素是對電流變化的快速回應，因此通常需要約 500kA/s 的 di/dt 值。 當我們的模組以 1.3MHz 或 1.5MHz 的切換頻率工作時，實現這一點沒有問題。 雙向轉換能力對於實現 12V 負載的能量回收也很重要。 與 12V 電池不同，我們的轉換器不受溫度影響； 即使在 −20℃ 或 −40℃ 到 +80℃ 的溫度範圍內，它們也能提供高達 8MA/s 的 di/dt 值。 由於分比式電源架構採用固定轉換比，48V 電壓軌上的 1μF 電容在 12V 電壓軌上相當於 16μF，這有助於降低成本。 如今，一款重量僅 65g、可將 800V 轉換為 48V 的 3.5kW 模組，效率可超過 98%，即使在滿載時也仍能達到 97% 以上。 當從整體系統架構出發、自上而下地審視這些方面時，各項技術參數就形成了一幅協調一致的圖景。 歸根結底，電源設計絕不能成為未來效能升級的瓶頸。

Andreas Wisser 現任 Vicor 歐洲、中東及非洲地區銷售與市場副總裁，常駐德國伊斯馬寧（Ismaning）。 他在半導體行業銷售與市場領域擁有 30 多年的經驗，負責歐洲、中東及非洲地區業務，致力於發展並深化 VICOR 的客戶關係，推動區域業務發展。 他擁有科隆應用技術大學（FH Cologne）電氣工程碩士學位和普爾茨海姆應用技術大學（Pforzheim University）的工商管理碩士學位。

Andreas Wisser，歐洲、中東及非洲地區銷售與市場副總裁

Haris Muhedinovic 與 OEM 廠商及一級供應商合作，為最嚴苛的汽車應用設計並開發最高效能的電源解決方案。 憑藉對電力電子和電子系統的興趣，Haris 持續關注行業新技術和新趨勢，從而能够實施滿足最嚴苛規格要求的電源解決方案。 Haris 擁有塞拉耶佛大學（University of Sarajevo）的碩士學位，並在電力電子設計與應用工程領域擁有 7 年的經驗。

Haris Muhedinovic，歐洲、中東及非洲地區工程經理