安森美硬核方案：为 48V - 12V DC - DC 转换难题提供完美答案

在当今汽车行业的发展进程中，随着 12V 系统逐渐触及性能极限，向 48V 系统转型已成为必然趋势。这一转型的核心目标在于提升可用功率，同时减小导线与连接器的尺寸，以满足更多电气设备的搭载需求以及更高的功耗要求。

以轻度混合动力汽车（MHEV）为例，它是首批采用双电池设计的车型之一。其中，48V - 12V 直流 - 直流（DC - DC）转换器承担着连接新型 48V 电池与传统 12V 电池的重要任务。传统的 12V 电池将继续为低功率负载以及现有的 12V 系统供电，像信息娱乐系统、发动机控制系统以及安全模块等。传统上，48V 系统主要应用于燃油车领域，不仅为 MHEV 的启停功能提供支持，还能适配其他减排技术，如电动涡轮增压器、废气再循环（EGR）泵以及电加热催化器等。

然而，48V 系统的应用并不局限于 MHEV。插电式混合动力汽车（PHEV）与纯电动汽车（BEV）同样能从该技术中获益。目前，随着区域化汽车架构的不断发展，业界正在探索全新的配电理念，即将一个大型 DC - DC 转换器拆分为多个小型转换器，并部署在整车各处的区域控制器中。这种 48V 技术的集成方式，不仅能够优化能量管理，还将为更先进、更高效的电动汽车研发提供有力支持。

此外，48V 系统还是推动高级驾驶辅助系统（ADAS）及更高阶自动驾驶功能落地的关键技术。电动助力转向、线控转向及线控制动（X - by - Wire，线控技术）均属于高功率耗配件，而线控（X - by - Wire）系统还对可靠性、功能安全及冗余性有着极高要求。相较于 12V 系统，在 48V 系统下，线控转向等高峰值负载设备的冗余驱动设计可实现更轻量化的布局，且成本效益更高。

该应用场景的主流功率级拓扑采用非隔离式同步降压转换器。同步开关支持双向电流流动，实现升压模式。从 48V 侧观察时，该结构工作为同步降压转换器；而从 12V 侧观察时，它则表现为同步升压转换器。功率级的设计可采用分立 MOSFET 或集成化汽车电源模块（APM）方案。

安森美（onsemi）提供多样化元器件产品方案，可根据功率等级灵活扩展设计，并优化导通损耗与开关损耗的总和。通过选配关键及辅助元器件，例如栅极驱动器、数字隔离器和辅助电源，即可完成系统设计。为抑制升压模式的输出电压纹波，可在 48V 侧加入 LC 滤波器。将功率分散在更多交错相位中也有助于降低输出电压纹波。双向运行能力显著影响无源元件的选型。为了实现双向操作，功率级内部电容的功能会动态切换。因此，无源器件的选择需要在减小输出电压纹波、抑制过冲以及控制系统成本之间进行权衡。

安森美提供了多种系列的集成化汽车电源模块（APM），采用多种封装规格，专为 48V 系统、轻度混动车（MHEV）及低压牵引系统设计。APM 模块实现高度集成化紧凑设计，兼具低杂散电感和减少电磁干扰（EMI）等特性。该模块高效的电流处理能力简化了印刷电路板（PCB）上的大电流路径。APM 集成了分流电阻、负温度系数热敏电阻（NTC）和缓冲电路。

表1：适用于多种48V应用的APM模块

APM19模块FTC03V85A1是一款80V低RDS(ON)模块，其设计特点是具有一个三相MOSFET桥，专为构建1.5kW的48V-12V多相交错式DC-DC转换器而优化。APM19可用于同步降压转换器拓扑，单个模块可处理转换器中的三个相位（每个相位包含两个MOSFET开关），功率可达1.5kW。使用两个模块可将该设计扩展至3kW的转换器（6个相位）。每个相位中的同步开关可在升压模式下实现电流双向流动。采用多相交错式设计的DC-DC转换器能够降低输出纹波电流，从而使设计人员可以使用更小容量的电容，并实现更快的瞬态响应。

NXV08V110DB1是构建相同DC-DC转换器拓扑的另一种可选模块，其针对电机控制应用进行了更好的优化。

APM19中集成的MOSFET管芯经过精心选择，以平衡导通损耗和开关损耗的总和，这些损耗是由MOSFET的导通电阻RDS(ON)、栅极电荷QG以及其他寄生效应共同造成的。

APM19模块已集成了RC缓冲电路，可有效抑制开关转换过程中开关节点上寄生电感和电容引起的振荡。用于电流检测的集成式精密分流电阻，其设计优化了寄生电感，并在整个温度范围内实现了良好的稳定性。

FAD3151MXA 和 FAD3171MXA 是单通道车用浮栅驱动器，具有 110V、2.5A 的灌电流 / 拉电流能力，适用于驱动最高达 110V 的高速功率 MOSFET。该器件采用 SOI（绝缘体上硅）衬底工艺设计，非常适合需要抗严重负瞬态噪声和低至 - 80V 接地偏移的应用。该驱动器配备双向故障反馈引脚，可在出现去饱和（DESAT）或欠压锁定（UVLO）故障时生成故障输出信号。该故障反馈引脚的双向特性使驱动器能够响应外部的故障指令，从而实现系统内故障信息交互。

除 DC - DC 转换器外，该系列器件还可广泛应用于多种 48V 场景，例如电池开关、辅助设备（如暖通空调、电子涡轮增压）、PTC 加热器、起动发电机等。驱动器特性包括带有软关断功能的漏极 - 源极去饱和（Desaturation）检测，去饱和保护具有可调节的阈值和消隐时间，欠压锁定保护（UVLO）、双向故障反馈引脚，集成电荷泵支持 100% 占空比工作模式（仅 FAD3171MXA 具备此功能）。

NCV21671 系列电压输出型电流检测放大器，提供25、50、100、200V/V四档增益。可在-0.1V至40V共模电压范围内测量分流电阻压降，且工作不受供电电压影响。专用于48V-12V DC-DC转换器的12V侧电流检测。

该零漂移架构的低失调电压为±25µV，能够实现对最低达10mV全量程的检测电阻压降进行精确的电流检测。器件还包含两个可选引脚CIN+和CIN-，简化输入滤波电路的设计。示例图展示了高边电流检测应用方案。

安森美的 APM 和栅极驱动器方案为 48V - 12V DC - DC 转换提供了全面且可靠的解决方案，能够有效应对当前汽车行业在电源转换方面所面临的诸多挑战。