通往42V汽车电气系统之路

向42V汽车电气系统的转换有许多理由。但是，42V的实际实现却由于经济和技术方面的挑战而受到种种制约。工程师在解决42V系统种种挑战的同时，还在继续对14V系统的各项指标进行优化。但将来，似乎汽车电气方面的增长将钟情于42V系统。那时，生产商将不得不在能够支持未来的42V系统的同时，还要继续为目前的14V系统继续提供改进型和创新型产品。本文将讨论42V的实现并深入研究未来的发展趋势。

路漫漫但是必然

42V汽车电气系统的进展究竟如何？更强大的42V标准在按照最初的预测进行具体的快速实施时抛了锚，而眼下没有人认为会马上得到快速采用。事实上，还有一些专家预测根本不可能实现这一转换。14V架构和部件的最佳化，包括分布式电源网络稳定性技术，延长了14V系统的寿命。不过，将来的某一天，系统性能方面的因素将迫使汽车制造商最终接受通往42V的转换。成功的电子电气部件供应商更会沿着这条路来很好地支持这一不可逆转的转换。不过，在研发如何成本有效地解决42V电源网络所提出的各种挑战的同时，制造商将会继续对其目前的14V系统的产品进行优化。

推动转换的各种因素

随着汽车电子和电气部件的持续发展，在如何确保提供有效功率方面，制造商面临着前所未有的挑战。受到新的舒适性和安全性能、提高燃料利用效率、减少辐射、以及驾驶性能的改善等方面的驱使，汽车电子内容增加的速度从上个年代开始大大加速，而且这种局面在未来的10~15年内仍将继续。电气系统中的一些有代表性的功率负载的电气功能和性能的实现要求在汽车电源的分配和管理方面必须进行某种方式的改进。这些新的电子系统为通往42V汽车电子系统的转换提供了根本的驱动力。

采用一个更高的电源电压的电气系统所带来的好处包括：

1. 能够满足14V系统无法满足的一些附件的功率要求；

2. 改善了功率管理能力和系统的稳定性；

3. 降低了电流；

4. 通过减少电气配线和部件以及利用电气系统替代机械系统来减少了数量、体积和成本；

5. 增加了燃料效率；

6. 减小了车辆的NVH。

从表面上看，这么多好处似乎已经为42V标准的采纳提供了足够的理由。然而现实情况是，工程改进和部件能力的提升延缓了14V系统的寿命。从电气部件效率的改进、架构的改变到系统级的功能集成，以及电源网络稳定性的分配方法，都使得制造商延缓了通往一个完全不同的新标准的大规模转换。此外，还有许多经济和技术方面的原因，这也阻止了42V系统的实际实现。这些原因包括：

1. 已经为14V系统优化了的部件技术和架构的更换成本；

2. 更高电压和功率电平所带来的长期稳定性方面的问题；

3. 潜在的安全问题；

4. 部件和导线打火问题。

图1：42V系统和12V系统各自的优势比较。

[p]

42V的前方之路

根据我们的观察，决定42V系统结果的并非一两个因素的简单事情。实际上是一系列因素相互混合的复杂事情，在做出决策时必须对这些因素进行折衷平衡。的确在某些方面，14V电源网络无法满足汽车电子内容继续增加的道路上所需的电源性能。改往42V系统也确实具有许许多多的理由，包括从提高燃料效率和辐射改善到能够实现更高的安全性能等。但是，事实上也具有许多维持现状的理由。在通往42V的转换中缺乏一个明确的分界线，从而需要往新技术研发方面分配一些资源。汽车电子供应商还必须继续研发和改进基于传统的14V系统的产品。与此同时，还必须紧盯未来将支持42V系统的技术和产品的发展。

为了认清目前问题所在和未来之路如何走，让我们看一下上述的优缺点。首先可以肯定，对于42V系统来说，没有解决不了的技术难题。实际的问题是成本，部分是由于与14V系统的比较所引起的。例如，42V系统能够提供寿命可以与12V系统媲美的电池，但需要成本高一些的技术，比如需要用锂电池或镍氢电池来实现。电火花和腐蚀问题也可以通过增设电池切断开关和密封连接器来实现，也就是说只是增加一些成本而已。

供应商将继续改进技术来降低解决上述种种问题的成本。同时，汽车电子和电气系统的应用将继续增长。随着42V系统的相对成本的降低和汽车电子内容的增加，42V系统的采用速率将得到动力，如图2所示。

图2：42V系统的应用动力随着系统成本降低和汽车电子内容的增加而增加。

汽车电子和电气供应商面临的挑战

目前的现状对汽车电子和电气部件供应商来说意味着什么呢？我们坚信这些供应商将继续在优化14V系统的同时，来解决42V系统所带来的挑战。这将花费研发预算，从而影响我们所处时代的经济。因此，必须采取技术研发和产品研发相结合的策略，从而确保有限资源的最有效利用。

例如，飞兆半导体继续扩张其30V和40V的低压PowerTrench MOSFETs产品系列。这些设计的目的是优化14V系统的汽车应用，例如动力方向盘和混合动力起动器/发电机、以及电机-和螺线管驱动器设计中的效率、性能和电路板面积。同时，该公司还继续研发基于相似工艺的75V先进技术的MOSFET。

飞兆半导体也在研发新的多功能电源新产品系列。这些产品利用了大量的模拟和功率半导体工艺以及先进的、能够被优化并同时用于14V和42V系统的封装技术。

本文小结

将来，随着汽车电子内容的持续增加和实现这些系统的相对成本的更加合理，将会向42V系统持续不断地逐步转移。汽车电子供应商必须与汽车生产商密切合作以便更好地理解系统的需求。他们必须在构建能够用来支持未来42V系统的技术能力的同时，将研发预算继续投入到改进和革新其支持目前的14V系统的产品上。在一个较长的时期内，供应商还必须集中精力并以可接受的成本来解决42V电源网络带来的各种挑战。

作者：Gary Wagner

Scott Irving

飞兆半导体公司