正弦振幅轉(zhuǎn)換器（SAC）模塊憑借其獨(dú)特的雙向供電功能與瞬態(tài)響應(yīng)速度組合，為主動(dòng)懸架系統(tǒng)開辟了全新可能性。

主動(dòng)懸架技術(shù)長期以來一直是豪華汽車的代名詞，但如今這項(xiàng)技術(shù)正開始出現(xiàn)在更廣泛、價(jià)格更親民的車型平臺(tái)上。

然而，要支撐這一普及趨勢(shì)，汽車電源架構(gòu)必須比傳統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更加靈活且響應(yīng)速度更快。

最根本的要求是，懸架控制需要一個(gè)設(shè)計(jì)合理的底層電源系統(tǒng)，能夠支持瞬時(shí)雙向電流方向切換與高速瞬態(tài)響應(yīng)。若系統(tǒng)無法快速反轉(zhuǎn)電流方向或即時(shí)供電，就可能無法在顛簸路面上穩(wěn)定車身，或在懸架回彈時(shí)錯(cuò)失能量回收良機(jī)。

遺憾的是，基于穩(wěn)壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器、緩沖儲(chǔ)能裝置和 12V 電源軌的傳統(tǒng)電力電子系統(tǒng)，若想滿足懸架執(zhí)行器的高速響應(yīng)需求，往往不得不大幅增加重量和體積。

而采用Vicor 正弦振幅轉(zhuǎn)換器（SAC）技術(shù)的電源模塊直接解決了這兩大難題：它既能實(shí)現(xiàn)無開關(guān)損耗的對(duì)稱能量流動(dòng)，又能在動(dòng)態(tài)負(fù)載條件下提供近乎零延遲的電流輸出。

這樣的供電系統(tǒng)，其運(yùn)作模式更像電池的直接延伸，而非傳統(tǒng)的穩(wěn)壓器。

無需軟件控制或開關(guān)邏輯即可實(shí)現(xiàn)雙向電流流動(dòng)

懸架執(zhí)行器是汽車中少數(shù)必須同時(shí)充當(dāng)負(fù)載與發(fā)電機(jī)的子系統(tǒng)。當(dāng)懸架受路面沖擊壓縮時(shí)，流入線性執(zhí)行器的電流，會(huì)在幾毫秒后隨著執(zhí)行器回彈并回收動(dòng)能而反向流動(dòng)。因此，底層電力系統(tǒng)自身能否支持雙向能量流動(dòng)至關(guān)重要。若沒有能實(shí)現(xiàn)快速平滑電流反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換器，大量再生能量將被浪費(fèi)，或不得不通過電阻負(fù)載以發(fā)熱形式耗散（圖 1）。

基于 SAC 的轉(zhuǎn)換器本質(zhì)上具有行為對(duì)稱性。由于其采用固定電壓轉(zhuǎn)換比與軟諧振開關(guān)技術(shù)，電流反轉(zhuǎn)無需顯式控制邏輯——既無需引腳切換，也無需微控制器干預(yù)，更無需通過軟件來定義源路徑與匯路徑之間的信號(hào)路徑。

這種行為特性源于轉(zhuǎn)換器本身的物理原理。當(dāng) 48V 低側(cè)電壓升高（即由于能量回收），轉(zhuǎn)換器會(huì)自然地將其反射回高側(cè)。換句話說，當(dāng)產(chǎn)生的電壓超過電池軌電壓時(shí)，電流便向上游（電池）流動(dòng)。反之，當(dāng)懸架系統(tǒng)需要消耗電能時(shí)，轉(zhuǎn)換器無需重新配置即可從電池軌降壓供電。這樣一來，單一轉(zhuǎn)換器即可無縫支持雙向電流流動(dòng)（圖 1）。

圖 1：Vicor BCM 模塊的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，其可在輸入與輸出間實(shí)現(xiàn)零延遲雙向運(yùn)行。

相比之下，傳統(tǒng)的穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換器本身并不具備雙向能力。為了模擬雙向功能，這類系統(tǒng)通常采用并聯(lián)降壓-升壓或雙路徑穩(wěn)壓的設(shè)計(jì)，但這會(huì)增加物料清單（BOM）、擴(kuò)大電路板面積需求并增加系統(tǒng)復(fù)雜性。這些架構(gòu)還需依賴繁瑣的主動(dòng)檢測(cè)電流轉(zhuǎn)向過程，并通過軟件或模擬控制回路響應(yīng)以重建穩(wěn)定輸出。在此期間，再生能量要么被損耗，要么被分流至本地緩沖器。這種延遲不僅降低了系統(tǒng)整體效率，還迫使設(shè)計(jì)人員增加額外的元件，導(dǎo)致體積增大、重量增加及系統(tǒng)復(fù)雜度上升。

雙向 SAC 模塊則完全規(guī)避了這些問題。其行為是即時(shí)且自主的，能在不增加復(fù)雜性的前提下實(shí)現(xiàn)高能量回收效率。實(shí)際應(yīng)用中，這意味著我們可省去以往用于管理方向控制的專用電路和固件，同時(shí)也消除了對(duì)冗余轉(zhuǎn)換路徑或額外電流檢測(cè)的需求。

最終，這種雙向轉(zhuǎn)換能力源于轉(zhuǎn)換器自身的諧振被動(dòng)行為特性，而非由控制器協(xié)調(diào)的響應(yīng)機(jī)制。

這種性能優(yōu)勢(shì)的影響不限于主動(dòng)懸架系統(tǒng)。任何具備雙向電流行為的子系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)向助力、再生制動(dòng)、底盤調(diào)平或熱泵回流系統(tǒng)，均可受益于此類簡化的電流流動(dòng)。因此，雙向 SAC 模塊為整合這些子系統(tǒng)的能量流設(shè)計(jì)提供了統(tǒng)一手段，有效降低了車內(nèi)區(qū)域電源域的架構(gòu)復(fù)雜性。

無需輸出濾波器或緩沖器的瞬態(tài)響應(yīng)

快速瞬態(tài)響應(yīng)是主動(dòng)懸架系統(tǒng)第二個(gè)硬性要求。懸架系統(tǒng)必須對(duì)來自路面的快速機(jī)械輸入做出反應(yīng)，有時(shí)響應(yīng)時(shí)間需在微秒級(jí)。在此類事件中，電源系統(tǒng)必須能夠無延遲、無壓降、無過沖地輸出或吸收電流。

SAC 模塊直接提供了這種響應(yīng)能力?；?SAC 的電源模塊在諧振頻率下運(yùn)行，且寄生元件極少，其電流壓擺率可超過每秒 800 萬安培（圖 2）。

圖 2：對(duì)Vicor BCM 模塊的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，正弦振幅轉(zhuǎn)換器 模塊能夠?qū)崿F(xiàn)超過 8MA/s 的壓擺率。

值得注意的是，這種性能無需使用輸出電感、電容或本地儲(chǔ)能裝置即可達(dá)成。SAC 轉(zhuǎn)換器摒棄了通過能量緩沖來平滑電壓與電流瞬變的傳統(tǒng)方式，轉(zhuǎn)而采用高 Q 值諧振器，在初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)之間高效、可預(yù)測(cè)地傳輸能量。由此形成的電源路徑具備極低的輸出阻抗和可忽略的相位滯后，使系統(tǒng)能夠以控制系統(tǒng)指令的最高速度響應(yīng)負(fù)載階躍變化，且不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)濾波設(shè)計(jì)中常見的能量滯后或過沖效應(yīng)。

這種響應(yīng)能力對(duì)機(jī)電懸架的控制回路而言是一大關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。此類系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性取決于電氣延遲是否低于執(zhí)行器及車輛慣量的機(jī)械響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)電氣系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)跟進(jìn)時(shí)，即可采用更積極的阻尼算法，從而提升操控性、減少車身側(cè)傾，并加速從坑洼路面或變道狀態(tài)中恢復(fù)平穩(wěn)。

無濾波器瞬態(tài)性能的另一優(yōu)勢(shì)在于體積縮減。在懸架系統(tǒng)所需的功率等級(jí)下，輸出電容和電感器通常體積龐大且散熱困難。去除這些元件可直接縮小外殼尺寸、減少熱管理限制，并提供更靈活的底盤布置方案。

雙向供電與快速瞬態(tài)響應(yīng)的結(jié)合，還為模塊創(chuàng)造了承擔(dān)新設(shè)計(jì)角色的機(jī)會(huì)。這些模塊能夠從 48V 電源為高壓牽引母線預(yù)充電，且無需任何固件干預(yù)即可反轉(zhuǎn)其標(biāo)稱電流方向。

當(dāng)雙向供電與高速瞬態(tài)響應(yīng)相結(jié)合，會(huì)發(fā)生什么？

當(dāng)雙向電流與快速瞬態(tài)響應(yīng)是核心設(shè)計(jì)約束時(shí)，系統(tǒng)架構(gòu)將顯著簡化。SAC 轉(zhuǎn)換器消除了對(duì)多級(jí)功率的需求，省去了中間電池或超級(jí)電容器，而且不再需要并聯(lián)降壓-升壓或雙路徑穩(wěn)壓設(shè)計(jì)。

在傳統(tǒng)方案中，再生電流與驅(qū)動(dòng)電流可能通過不同路徑傳輸，各自配有獨(dú)立的開關(guān)、保護(hù)裝置及時(shí)序邏輯。而在采用 SAC 的設(shè)計(jì)中，單個(gè)固定比率轉(zhuǎn)換器即可無縫處理兩種電流（圖 3）。原始設(shè)備制造商因此受益于更簡化的線束和更低的寄生損耗。這種架構(gòu)還通過減少控制元件與同步依賴，提升了系統(tǒng)可靠性。

圖 3：正弦振幅轉(zhuǎn)換器模塊可支持主動(dòng)懸架供電系統(tǒng)，滿足電池與懸架執(zhí)行器之間的雙向電流流動(dòng)需求。

這一設(shè)計(jì)改進(jìn)還實(shí)現(xiàn)了更高效的機(jī)械集成。SAC 模塊兼具高功率密度（高達(dá) 150kW/L）與緊湊的熱優(yōu)化封裝，可直接集成至電池艙或底盤等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中。其平坦表面確保了高效熱接觸，而內(nèi)部架構(gòu)在元件高密度排布下仍能保持較低的熱阻抗。

因此，這些模塊的散熱性能通?？涉敲郎踔脸椒至⑹?MOSFET 元件，僅需外部散熱片或氣流管理即可輸出千瓦級(jí)功率。

該方案的另一大優(yōu)勢(shì)是可擴(kuò)展性。由于這些轉(zhuǎn)換器以固定增益運(yùn)行，且無需因電流方向變化或負(fù)載類型調(diào)整而重新配置，它們可通過并聯(lián)實(shí)現(xiàn)更高輸出或冗余功能。這樣，單一模塊類型可在整車制造商的全系車型平臺(tái)中通用。例如，同一單元既可驅(qū)動(dòng)跨界車型的輕量化前軸懸架，也能支撐商用廂式車的雙電機(jī)后軸懸架——性能差異僅通過模塊數(shù)量與散熱方式調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)，而無需更改設(shè)計(jì)。

雙向供電與快速瞬態(tài)響應(yīng)的結(jié)合，還為模塊創(chuàng)造了承擔(dān)新設(shè)計(jì)角色的機(jī)會(huì)。這些模塊能夠從 48V 電源為高壓牽引母線預(yù)充電，且無需任何固件干預(yù)即可反轉(zhuǎn)其標(biāo)稱電流方向。它們還能作為 48V 區(qū)域配電的主通道，管理電動(dòng)泵、壓縮機(jī)及熱管理系統(tǒng)等動(dòng)態(tài)雙向供電應(yīng)用場(chǎng)景。

讓普通大眾受益于主動(dòng)懸架系統(tǒng)

雙向電流流動(dòng)與快速瞬態(tài)響應(yīng)是推動(dòng)主動(dòng)懸架系統(tǒng)走向更廣泛車型的兩大必要條件。相較于傳統(tǒng)電源架構(gòu)與解決方案，SAC 轉(zhuǎn)換器提供了一條清晰且卓越的發(fā)展路徑。

目前，Vicor 是唯一能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn) SAC 電源模塊的公司。其Vicor BCM 系列模塊，以響應(yīng)速度、雙向供電特性、高效率、散熱穩(wěn)定性及功率密度等獨(dú)特組合，為設(shè)計(jì)者開辟了全新可能性。以 SAC 模塊為核心進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，工程師能夠打造出更輕量、更迅捷、更節(jié)能的懸架架構(gòu)，同時(shí)顯著提升集成與擴(kuò)展的便捷性。憑借此類解決方案，整車制造商得以在技術(shù)可行與經(jīng)濟(jì)合理的雙重保障下，將主動(dòng)懸架技術(shù)推向更廣闊的市場(chǎng)。