汽车48V架构：区域架构与软件定义配电带来的变革

2025-10-12

电子发烧友网报道（文 / 梁浩斌）从数据中心到通信领域，再到汽车行业，过去广泛使用的12V系统正面临着高功率负载的压力。因此，48V系统在近几年受到了市场的广泛关注。

尤其是在汽车领域，随着汽车智能化和电动化的升级，汽车48V低压系统已被提上各大车企和汽车供应链的研发日程。

德州仪器认为，48V系统近年来受到市场关注，与电池电动车辆（BEV）和混合动力车辆（HEV）的日益普及有关。

48V系统的显著优势在于能够优化BEV的成本、重量和续航里程。从电气角度看，通过区域架构减少线束，或者使用48V低压轨进行配电，可缩减整车供电线束的规格，降低电源开关和电机驱动器等下游半导体元件的负载电流要求。所以，48V系统能提供比12V系统更强的功率，为增加人工智能或迷你冰箱等功能创造了条件。

此外，采用48V系统后，在提供相同功率的情况下，电流会降低（例如，12V下需100%的电流，而48V下仅需25%）。因此，48V电压轨可缩减线缆规格，减少线束中的功率损耗，还可能减小印刷电路板（PCB）的尺寸。通过缩减48V系统中的线缆规格，可实现自动化制造流程安装线束，从而显著降低成本。

在法规与环保要求方面，尽管铅酸电池比锂离子电池更便宜且易生产，但寿命短且对环境危害大。相关政府法规以及电动汽车的普及促使OEM采用不同的输入电源，如锂离子电池、DC/DC转换器和超级电容器，48V为这些拓扑提供了更灵活的本地配电选项。

辅助驾驶系统向自动驾驶迈进时，所需算力大幅提高，算力硬件的功耗也随之增加。12V系统的供电能力可能无法满足需求，需要48V系统为算力硬件提供足够的电力，以支撑未来自动驾驶的发展。

那么，48V系统会给汽车低压系统带来哪些趋势和革新呢？德州仪器认为，首先在电子电气架构上，区域架构 + 软件定义配电是一大变革。区域架构不再从保险丝盒引出电源，而是通过配电盒（PDB）和区域控制模块（ZCM）分配电力，并使用基于半导体的开关——智能eFuse。由软件控制开关、复位与优先级，减少布线，提升可维护性与诊断能力。

其次，在第一代48V架构中，由于部分部件或半导体器件尚未过渡到48V，或者转换后收益不明显，所以仍会保留很多12V的器件，48V转12V的DC/DC转换器仍然不可或缺。未来，将会出现更高效率、更小体积且支持双向的转换器。

在辅助驾驶方面，随着从L2辅助驾驶向L3自动驾驶转变，L3以上的自动驾驶系统需要更多的安全冗余，如采用冗余输入电源、在某一电源失效时进行智能负载管理，以及系统内故障隔离等设计实践。对电流 / 电压 / 温度的精确测量（部分场景需<1%精度）以及更多系统级诊断将成为必要，以支持自动复位与安全闭环。

目前市面上搭载48V系统的车型较少，主要有特斯拉Cybertruck和蔚来ET9。其中，蔚来ET9配备了两个12V冗余系统和一个48V系统，48V系统专为主动悬架系统供电。

近年提到的48V系统主要应用于汽车低压系统，不涉及驱动。而MHEV中的48V驱动早已规模应用，早期的一些48V低压系统也是在MHEV车型的48V系统基础上改进而来。但与MHEV的48V相比，目前48V低压系统要真正大规模上车，还面临一些挑战。

据德州仪器介绍，现有标准主要针对MHEV（如ISO 21780等），针对BEV和48V低压网的行业标准仍在制定中，OEM往往需要自建规范；电压提升后，开关损耗和电磁兼容性问题更加突出；48V与12V共存的混合架构会带来短路、冗余设计和功能安全等问题。

对于芯片而言，转换到48V系统面临的设计挑战包括瞬变电压、爬电距离和电气间隙要求、电磁兼容性（EMC）标准，以及集成电路（IC）成本。

随着汽车系统中越来越多地使用48V直流 / 直流电源轨，降压转换器因具有较高的dv/dt和di/dt，可能导致系统难以满足EMI规格要求。

48V下的电弧是一个问题，因此输出端和元器件必须具备足够的爬电距离和电气间隙，以防止不同电压点之间发生电弧。通过软件、电压和电流检测的结合，可以检测电弧并快速关闭必要的开关以阻止电弧继续。还可以开发机器学习算法，更好地区分电弧波形与车辆中的自然瞬态，以避免误报。

在许多第一代48V架构中，48V转12V的DC/DC转换器仍然是必需的，因为并非所有的执行器和半导体都已过渡到48V工作，或者过渡后并无明显收益。根据所需功率、板子尺寸、成本和效率，48V转12V的转换有多种不同的拓扑结构可供选择，标准方法包括采用传统的降压转换器或控制器，以及先进的拓扑结构，如开关电容转换器（SCC）和开关储能电感转换器（STC）。

针对汽车48V低压架构的应用，德州仪器目前推出了多种解决方案为客户提供支持。

在48V配电方面，德州仪器提供包括智能电子保险丝开关、理想二极管和电流检测放大等产品，以及集成I2 - t导线保护、集成和外部栅极场效应晶体管（FET）的解决方案；针对电源ORing的高效反向电流保护；具有双向选项的精确集成或外部电流检测等解决方案。

48V负载驱动器包括电机驱动器、高侧和低侧开关以及LED驱动器，德州仪器可提供多种方案：最大输入电压>70V。采用高热密度封装，可实现紧凑型印刷电路板设计；具有集成和外部FET解决方案的可扩展驱动器；TI功能安全型器件；智能诊断功能；集成压摆率控制和其他电磁干扰（EMI）降低技术。

在48V电源解决方案上，TI的解决方案可为48V应用提高效率、减小设计尺寸并降低EMI。应用场景包括：800V或400V至48V转换；48V至0.5V - 16V转换；48V锂离子电池和超级电容器充电；48V至USB Type - C PD；48V至音频放大器电源等。

小结

得益于48V低压架构带来的电力容量提升、线束重量降低等优势，在未来汽车智能化不断提升、自动驾驶技术持续进步的趋势下，48V长期来看将会替代12V成为汽车行业的主流。随着这些技术的成熟，48V系统将在整车减重、智能化和高功率负载驱动方面释放巨大潜力。而这一轮汽车产业的技术升级，也将为半导体领域带来巨大的市场增量空间。

更多热点文章阅读

点击关注星标我们

将我们设为星标，不错过每一次更新！