BCM6135 DC-DC 轉(zhuǎn)換模塊助力電動(dòng)汽車電源設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)前所未有的創(chuàng)新

汽車電氣化是當(dāng)今時(shí)代最艱巨的電源挑戰(zhàn)之一。800V 電池及其帶來(lái)的電源轉(zhuǎn)換挑戰(zhàn)是這些日益復(fù)雜電氣系統(tǒng)的核心。與此同時(shí)，OEM 正從 12V 配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向 48V 母線，以利用更低電流、更高功率以及更輕便線束/電纜所帶來(lái)的更高效率。

因此，這里涉及多個(gè)變量，要打造一個(gè)完美供電網(wǎng)絡(luò)（PDN），需要權(quán)衡各種利弊。

例如，幾十年來(lái)，汽車業(yè)已形成一個(gè)健全的商業(yè)化的 12V 生態(tài)系統(tǒng)，但與 48V 并不兼容。然而，轉(zhuǎn)向 48V 的好處毋庸置疑。例如，12V 線束作為當(dāng)今車輛中最重的子系統(tǒng)之一，在采用 48V 后可大幅減輕重量。它由數(shù)千根銅線組成，總長(zhǎng)度超過(guò)一英里，重量可達(dá) 150 磅（68kg）。以 48V 配電意味著可以采用 10 AWG 規(guī)格的線纜，這種線纜更便宜且比傳統(tǒng) 12V 線束輕高達(dá) 85%。這不僅減少了尺寸、重量和成本，還降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性。這樣的優(yōu)勢(shì)無(wú)可爭(zhēng)議，幾乎沒(méi)有明顯的缺點(diǎn)。

推動(dòng)向 48V 轉(zhuǎn)變的是那些耗電量大的負(fù)載，例如主動(dòng)懸掛系統(tǒng)，這一系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)一直是困擾電源工程師的難題。12V 電壓始終無(wú)法充分滿足主動(dòng)懸掛以及當(dāng)今車輛中許多其他大型負(fù)載的電源需求。而 48V 結(jié)合高密度 DC-DC 電源模塊，將改變電源工程師對(duì)這一昔日難題的看法。48V 使得為加熱擋風(fēng)玻璃、電動(dòng)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)，以及眾多泵、風(fēng)扇和執(zhí)行器的供電變得更加輕松。48V 與電源模塊的結(jié)合，將助力電源工程師實(shí)現(xiàn)前所未有的創(chuàng)新。

解決高壓 800V 轉(zhuǎn)換至 SELV 的電源挑戰(zhàn)

從 800V 轉(zhuǎn)換至 SELV，即標(biāo)稱 48V 及以下，可能是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。這一架構(gòu)需要保持高效率運(yùn)行，同時(shí)確保在充分冷卻的情況下安全運(yùn)行?？焖俚乃矐B(tài)響應(yīng)時(shí)間是許多子系統(tǒng)的另一項(xiàng)重要特性，能讓系統(tǒng)迅速適應(yīng)負(fù)載的急劇變化，同時(shí)保持穩(wěn)定性。這有助于確保制動(dòng)和轉(zhuǎn)向等負(fù)載的安全運(yùn)行，因?yàn)槿魏窝舆t都可能帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

傳統(tǒng)的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器可在無(wú)需中間電池的情況下傳輸功率，但缺點(diǎn)是體積龐大，且缺乏快速響應(yīng)能力，無(wú)法滿足需要冗余設(shè)計(jì)的各種子系統(tǒng)對(duì)功率的需求。

高密度電源模塊是傳統(tǒng) DC-DC 轉(zhuǎn)換器的一種替代方案，在當(dāng)今電動(dòng)汽車電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中有重大影響。其平面設(shè)計(jì)、專用磁性元件和先進(jìn)封裝技術(shù)支持高效率、快速響應(yīng)和超小體積。Vicor BCM 母線轉(zhuǎn)換器技術(shù)通過(guò)低路徑阻抗和快速響應(yīng)時(shí)間，將高壓電池轉(zhuǎn)化為可模擬 48V 或 12V 電池的電源，消除了對(duì)中間能量存儲(chǔ)的需求。BCM 的峰值效率達(dá)到 98%，能持續(xù)輸出高達(dá) 65A（超過(guò) 3000W）的功率。這些特性足以支持車輛中各種高功率 PDN 的需求。

Vicor BCM 母線轉(zhuǎn)換器技術(shù)提供低路徑阻抗和快速響應(yīng)時(shí)間，將高壓電池轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)“虛擬低壓電池”，能夠模擬 48V 或 12V 電池，從而無(wú)需中間能量存儲(chǔ)。BCM 的峰值效率高達(dá) 98%，并能持續(xù)提供高達(dá) 65A（超過(guò) 3000W）的功率。這些特性能夠在車輛中支持廣泛的高功率供電網(wǎng)絡(luò)（PDN）。

BCM DC-DC 固定比率轉(zhuǎn)換器是電動(dòng)汽車問(wèn)題的完美解決方案

與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器需要將輸入電壓范圍調(diào)節(jié)到特定輸出電壓不同，BCM 轉(zhuǎn)換器是一種固定比率轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓與輸入電壓之比是固定的，這一比例被記為“K ”。其工作分為三個(gè)階段：初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)將 DC 輸入轉(zhuǎn)換為正弦波，理想變壓器階段根據(jù)初級(jí)和次級(jí)側(cè)的匝數(shù)比例縮放電壓，次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)再將正弦波轉(zhuǎn)換回 DC 輸出。

BCM 系列能夠?qū)?800V 轉(zhuǎn)換為 48V 輸入，并通過(guò)不同的比例 K 適應(yīng)多種應(yīng)用場(chǎng)景和市場(chǎng)需求。依托專有的正弦振幅轉(zhuǎn)換器（SAC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，高壓 BCM 的峰值效率可達(dá) 98%，功率密度高達(dá) 2400W/in3。這些靈活的模塊不僅可輕松并聯(lián)成高功率陣列，還能通過(guò)串聯(lián)輸出實(shí)現(xiàn)更高的輸出電壓。此外，BCM 本身具有雙向性，為車輛各個(gè)子系統(tǒng)的創(chuàng)新提供了更多機(jī)會(huì)。BCM 還使設(shè)計(jì)人員能根據(jù)指定的比例 K ，通過(guò)模塊有效“反射”電容，減少負(fù)載端所需的大容量電容。

此外，零電流開(kāi)關(guān)（ZCS）和零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用可最大限度地減少損耗。無(wú)論是從高壓到低壓的降壓轉(zhuǎn)換，還是從低壓到高壓的升壓轉(zhuǎn)換，BCM 都能以相同的效率和量級(jí)雙向?qū)ΨQ地轉(zhuǎn)換電源。這種特性非常適合汽車應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是在車輛電源負(fù)載（如主動(dòng)懸掛系統(tǒng)）需要快速充放電的情況下。

零電流開(kāi)關(guān)（ZCS）和零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）技術(shù)還讓 BCM 轉(zhuǎn)換器能夠以比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器更高的頻率運(yùn)行，從而快速響應(yīng)負(fù)載電流的變化，并提供從輸入到輸出的低阻抗路徑。相比傳統(tǒng)電源能提供 250A 每秒（250A/S）的瞬態(tài)電流爬升速度，BCM 可輕松響應(yīng) 800 萬(wàn)安培每秒(8,000,000A/S) 的瞬態(tài)電流爬升速度。

這種快速響應(yīng)，結(jié)合固定比率轉(zhuǎn)換、雙向運(yùn)行和低阻抗路徑，使 BCM 能夠充當(dāng)“虛擬電池”，同時(shí)通過(guò)使用更輕的 10 號(hào)線規(guī)（AWG）線材減少電纜重量。這一點(diǎn)尤為重要，因?yàn)殡娫慈孕枧潆姷杰囕v子系統(tǒng)中，滿足 48V 和 12V 混合負(fù)載的需求。BCM 是優(yōu)化區(qū)域架構(gòu)的基礎(chǔ)元件，能在車輛中擴(kuò)展 48V 配電網(wǎng)絡(luò)，然后再轉(zhuǎn)換為 12V 負(fù)載。

BCM6135 是一款固定比率轉(zhuǎn)換器，支持 800V 到 48V 的轉(zhuǎn)換。這一系列的 BCM 轉(zhuǎn)換器本身具有雙向性，為車輛中各種子系統(tǒng)的創(chuàng)新提供了更多可能。借助 BCM，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)指定的 比例 K ，通過(guò)模塊有效“反射”電容，從而減少負(fù)載端所需的大容量電容。BCM 是高密度、高性能的車規(guī)級(jí)轉(zhuǎn)換器，被廣泛應(yīng)用于當(dāng)今最具創(chuàng)新性的主動(dòng)懸掛系統(tǒng)。

BCM 是一種固定比率轉(zhuǎn)換器，支持從 800V 到 48V 的轉(zhuǎn)換，并提供多種比例 K ，以適應(yīng)廣泛的應(yīng)用和市場(chǎng)需求?；趯Ｓ械恼艺穹D(zhuǎn)換器（SAC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，高壓 BCM 的峰值效率可高達(dá) 98%，功率密度可達(dá)每立方英寸 2400 瓦（2400W/in3）。這些靈活的模塊可以輕松并聯(lián)組成高功率陣列，輸出也可以串聯(lián)以實(shí)現(xiàn)更高的輸出電壓。

BCM6135 將主動(dòng)懸掛電源系統(tǒng)的體積縮小 50%

BCM6135 輔助優(yōu)化了一個(gè)長(zhǎng)期存在問(wèn)題的供電網(wǎng)絡(luò)（PDN）。主動(dòng)懸掛系統(tǒng)一直以重量大、耗電多、設(shè)計(jì)成本高而著稱，幾十年來(lái)一直困擾著電源設(shè)計(jì)人員。

然而，通過(guò)結(jié)合更大容量的主電池、48V 母線以及小型 DC-DC 電源模塊，主動(dòng)懸掛系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)前所未有優(yōu)化。

如今，汽車一級(jí)供應(yīng)商 A 公司正與 Vicor 合作，開(kāi)發(fā) 800V 到 48V 的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，以打造終極主動(dòng)懸掛系統(tǒng)。這一供電網(wǎng)絡(luò)充分利用 48V 與 Vicor 電源模塊的組合，減少整體尺寸和重量。此外，它利用 BCM6135 的高功率密度，將系統(tǒng)體積壓縮到 1.8 升以下，并利用 BCM 的雙向供電能力支持再生電力負(fù)載。這一電源設(shè)計(jì)是目前最小的主動(dòng)懸掛系統(tǒng)，體積幾乎只有最接近競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的一半。

將主動(dòng)懸掛直接與電池連接的最大好處之一是能量回收。就像彈簧能夠吸收和釋放能量一樣，主動(dòng)懸掛也能吸收能量并將其存儲(chǔ)到電池中。雖然技術(shù)上通過(guò) DC-DC 轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但目前很少有制造商能夠設(shè)計(jì)出具備足夠快瞬態(tài)響應(yīng)、高電流爬升速率響應(yīng)和高效率的雙向轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，來(lái)管理設(shè)備與電源之間的雙向功率流。

BCM6135 憑借其超高的電流爬升響應(yīng)速率（每秒 800 萬(wàn)安培）的特性，實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)懸掛系統(tǒng)能量回收的最快雙向電力傳輸。使用 Vicor 的電源模塊，A 公司設(shè)計(jì)出了目前最先進(jìn)的主動(dòng)懸掛供電解決方案。Vicor 的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器不僅能夠匹配功率和瞬態(tài)需求以優(yōu)化能量回收，還擁有業(yè)界最高的功率密度，可以幫助 OEM 縮小整體系統(tǒng)占用空間。

BCM6135 將主動(dòng)懸掛電源系統(tǒng)的體積縮小一半。主動(dòng)懸掛系統(tǒng)一直以重量大、耗電高、設(shè)計(jì)成本昂貴而聞名，幾十年來(lái)困擾著電源設(shè)計(jì)人員。如今，汽車一級(jí)供應(yīng)商 A 公司正與 Vicor 合作，開(kāi)發(fā) 800V 到 48V 的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，打造終極主動(dòng)懸掛系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用 48V 與 Vicor 電源模塊的組合，減小整體尺寸和重量。

Vicor BCM6135 蓄勢(shì)待發(fā)，解決電動(dòng)汽車的各種電源難題

Vicor BCM 電源模塊集成了電源工程師解決復(fù)雜電源問(wèn)題所需的特性。BCM6135 重量輕、功率密度高、支持雙向運(yùn)行且速度極快——這些特點(diǎn)正好能破解這個(gè)數(shù)十年未解的主動(dòng)懸掛供電問(wèn)題。而這僅僅是個(gè)開(kāi)始。

Vicor 電源模塊實(shí)現(xiàn)了更高水平的可擴(kuò)展性和靈活性、高效率以及被動(dòng)冷卻。這些電源模塊能夠幫助減少組件數(shù)量，簡(jiǎn)化汽車電源工程師面臨的最復(fù)雜問(wèn)題。BCM6135 作為一款緊湊型 DC-DC 轉(zhuǎn)換模塊，是當(dāng)今工程師在快速變革的汽車電氣化世界中尋找更優(yōu)解決方案的完美產(chǎn)品。