十多年來，汽車行業(yè)一直期待低壓電氣架構(gòu)的變革，而這一變革如今已然落地。在歐洲市場，尤其是德國，48 伏電源系統(tǒng)已從實驗室的試驗性方案，逐步發(fā)展為汽車主流電氣架構(gòu)。

　　美國、韓國及中國的整車廠商(OEM)正迅速跟進(jìn)，他們將 48 伏架構(gòu)視為汽車電氣發(fā)展的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點，其戰(zhàn)略地位堪比控制器局域網(wǎng)(CAN)總線的普及、800 伏牽引驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型，以及有刷電機(jī)向永磁無刷直流電機(jī)(BLDC)的技術(shù)升級，而非一項可有可無的子系統(tǒng)。

　　為何 48 伏架構(gòu)率先在德國落地?

　　盡管 48 伏架構(gòu)在量產(chǎn)車型中的應(yīng)用看似是新生事物，但這一概念在德國汽車工程領(lǐng)域已討論近 20 年，博世、大陸集團(tuán)、戴姆勒、采埃孚等企業(yè)早在行業(yè)廣泛關(guān)注之前，就已啟動相關(guān)內(nèi)部研討。這些技術(shù)團(tuán)隊敏銳捕捉到了行業(yè)在技術(shù)與應(yīng)用層面的重要轉(zhuǎn)型：交流發(fā)電機(jī)已不再是簡單的機(jī)電元件，而是演變?yōu)榧苫男D(zhuǎn)電力電子系統(tǒng)。

　　隨著集成式皮帶啟動發(fā)電一體機(jī)(iBSG)技術(shù)的成熟，12 伏架構(gòu)的局限性愈發(fā)凸顯：在 12 伏電壓下，要實現(xiàn)大功率輸出，必須依靠極高的電流支撐，而這在工程實踐中難以實現(xiàn)。當(dāng)電流達(dá)到 250~350 安培時，線束、熔斷器、接觸器及連接器的體積會大幅增加，成本顯著上升，同時還會面臨嚴(yán)峻的散熱問題。

　　反觀 48 伏架構(gòu)，在相同電流條件下，其功率輸出可達(dá) 12 伏架構(gòu)的 4 倍，能夠以更少的銅材用量，實現(xiàn)更高的瞬時能量傳輸效率。此外，48 伏電壓低于 60 伏的安全閾值，可沿用低壓系統(tǒng)的安全設(shè)計規(guī)范。[注：在干燥環(huán)境中，60 伏直流電通常被視為 “特低電壓”(ELV)或 “接觸安全電壓” 的臨界值，但需注意的是，即便電壓為 48 伏，大電流系統(tǒng)(如電動汽車或微電網(wǎng)的大型電池組)若缺乏完善的安全防護(hù)措施，仍會帶來嚴(yán)重的安全隱患。]

　　由此，48 伏架構(gòu)開辟了極具吸引力的設(shè)計空間：既具備高壓總線的大功率傳輸能力，又無需承擔(dān)純電動汽車高壓架構(gòu)所涉及的復(fù)雜法規(guī)與工藝成本。德國的整車廠商與一級供應(yīng)商(Tier 1)很早就形成了產(chǎn)業(yè)協(xié)同，不僅明確了 48 伏的電壓等級標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一了接口規(guī)范，還圍繞該架構(gòu)構(gòu)建了完整的供應(yīng)鏈體系。

　　當(dāng)韓國與中國廠商在 2018-2022 年期間全面入局時，48 伏系統(tǒng)已實現(xiàn)成本優(yōu)化并進(jìn)入規(guī)模化量產(chǎn)階段。這一曾經(jīng)的小眾技術(shù)方案，就此成為行業(yè)默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前，沒有其他電壓等級能夠同時滿足這些技術(shù)與成本約束。理論上 36 伏也具備一定可行性，但供應(yīng)鏈已全面向 48 伏架構(gòu)靠攏;72 伏架構(gòu)雖能效更優(yōu)，卻需面臨高壓系統(tǒng)的法規(guī)限制。

　　從這一角度看，48 伏架構(gòu)的崛起與 3.3 伏成為芯片核心邏輯電壓的歷程頗為相似：它并非理論上的最優(yōu)電壓，而是綜合考量元器件供應(yīng)、安全規(guī)范及全球制造業(yè)慣性后，達(dá)成的最具現(xiàn)實可行性的平衡點。

　　48 伏架構(gòu)如何增加系統(tǒng)復(fù)雜度?

　　48 伏架構(gòu)的顯性優(yōu)勢 —— 線束輕量化、電機(jī)小型化、瞬態(tài)性能提升 —— 確實存在，但這些優(yōu)勢的背后，是系統(tǒng)復(fù)雜度的顯著攀升，尤其體現(xiàn)在散熱、開關(guān)特性及電磁兼容(EMC)三大領(lǐng)域。

　　散熱與功率密度的耦合效應(yīng)加劇

　　在 48 伏電壓等級下，功率模塊的性能表現(xiàn)開始由半導(dǎo)體器件特性與封裝工藝主導(dǎo)。雖然場效應(yīng)晶體管(FET)的制程微縮與開關(guān)速度不斷提升，但其散熱能力卻隨之下降，同時封裝寄生參數(shù)對系統(tǒng)能效與電壓過沖的影響也愈發(fā)顯著。

　　為減小磁性元件體積，開關(guān)頻率持續(xù)走高(普遍達(dá)到 80~150 千赫茲，部分場景下甚至突破 200~300 千赫茲)，這進(jìn)一步收緊了電磁干擾(EMI)的設(shè)計約束。

　　48V并不單單是 “在 12 伏電流水平下實現(xiàn) 4 倍功率”，而是 “在 4 倍功率基礎(chǔ)上，疊加更高的電壓變化率(di/dt)，且系統(tǒng)對電路布局與寄生參數(shù)的敏感度大幅提升”。

　　電路布局成為核心設(shè)計能力

　　習(xí)慣了 12 伏架構(gòu)低速開關(guān)特性的工程師，很容易低估回路電感的影響。輕混汽車的逆變器與直流 - 直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器，其設(shè)計復(fù)雜度已趨近于小型工業(yè)伺服驅(qū)動器，同時還需滿足汽車級的散熱與環(huán)境可靠性要求。因此，回路電感最小化、電流回流路徑控制，以及開爾文源極驅(qū)動技術(shù)，成為核心設(shè)計要點。開爾文源極驅(qū)動通過采用 4 引腳 MOSFET 封裝的專用源極引腳，將柵極驅(qū)動回路的電流回流路徑與主功率回路隔離開來。

　　將驅(qū)動回路源極與大電流功率回路源極分離，可消除因源極電感共用導(dǎo)致的電壓壓降與開關(guān)噪聲，進(jìn)而提升開關(guān)時序精度與整體性能。

　　升降壓電路成為整車電氣基礎(chǔ)設(shè)施

　　48 伏汽車并非單電壓軌架構(gòu)。當(dāng)前主流平臺普遍采用多區(qū)域 48 伏供電設(shè)計，配備數(shù)千瓦級的 48 伏轉(zhuǎn) 12 伏轉(zhuǎn)換器，部分車型還可選配 48 伏與 800 伏系統(tǒng)的瞬態(tài)互聯(lián)接口，并內(nèi)置高壓 / 48 伏系統(tǒng)協(xié)同控制邏輯。

　　換言之，DC-DC 轉(zhuǎn)換器正逐步演變?yōu)檎囯姎饣A(chǔ)設(shè)施，其定位類似于數(shù)據(jù)中心的分布式供電模塊。這一變化推動汽車電氣架構(gòu)的設(shè)計思路，從傳統(tǒng)的 “附件供電分配”，向 “結(jié)構(gòu)化、多層級的能量管理系統(tǒng)” 轉(zhuǎn)型。

　　補(bǔ)充說明：在輕混汽車中，12 伏與 48 伏系統(tǒng)通常共用一個整車底盤接地。共用接地點是連接這兩個獨立系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)方案：兩者通過 DC-DC 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)電能交互 —— 轉(zhuǎn)換器從 48 伏系統(tǒng)取電，為 12 伏系統(tǒng)供電，而兩個系統(tǒng)的接地端均與車輛底盤相連。

　　48 伏架構(gòu)如何實現(xiàn)機(jī)電元件小型化?

　　減少銅材用量常被視為 48 伏架構(gòu)的核心優(yōu)勢，但實際上，系統(tǒng)重量的顯著下降更多來自磁性元件的小型化。其中，電機(jī)的體積縮減幅度大于線束，而電感、扼流圈與濾波器的小型化程度又遠(yuǎn)超電機(jī);同時，功率密度的提升也增強(qiáng)了機(jī)電元件的封裝靈活性。

　　電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度主要取決于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、材料選型與散熱方案，而非單純由電壓等級決定。但 48 伏電機(jī)可采用線徑更粗的繞組，在降低有效值(RMS)損耗的同時，提升繞組填充率。若配合優(yōu)化的定子結(jié)構(gòu)與鐵芯疊片設(shè)計，電機(jī)可實現(xiàn)大幅減重。

　　受益于 48 伏架構(gòu)的核心元件包括：差模扼流圈、功率因數(shù)校正(PFC)電感(若系統(tǒng)配備)、無刷直流電機(jī)定子繞組、48 伏轉(zhuǎn) 12 伏轉(zhuǎn)換器的電磁干擾 / 射頻干擾(EMI/RFI)濾波器，以及高壓側(cè) EMI 抑制扼流圈。

　　最終，整個電力電子與機(jī)電系統(tǒng)的重量和體積都將實現(xiàn)可觀的縮減。

　　如何區(qū)分 48 伏系統(tǒng)的穩(wěn)健設(shè)計與脆弱設(shè)計?

　　據(jù)業(yè)內(nèi)消息，一級供應(yīng)商已針對 48 伏硬件制定了更為嚴(yán)苛的評估體系。成功落地的項目普遍具備以下特征：

　　將高 di/dt 回路視為射頻(RF)結(jié)構(gòu)，而非單純的功率傳輸路徑

　　在 PCB 布局前，先完成柵極驅(qū)動寄生參數(shù)仿真

　　MOSFET 選型需與散熱界面面積協(xié)同優(yōu)化

　　不默認(rèn)模塊級電磁兼容性能等同于整車級電磁兼容性能

　　在 PCB 布局凍結(jié)前，開展預(yù)兼容電磁干擾測試

　　浪涌與瞬態(tài)仿真需納入現(xiàn)代場效應(yīng)晶體管的非線性應(yīng)力特性曲線

　　明確 48 伏轉(zhuǎn) 12 伏轉(zhuǎn)換器是傳統(tǒng)交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器的功能替代方案

　　遵循 “從線束向內(nèi)” 的系統(tǒng)設(shè)計思路，而非 “從 PCB 向外”

　　最后一點尤為關(guān)鍵。在 48 伏架構(gòu)下，線束已成為有源電磁元件，其設(shè)計直接影響系統(tǒng)的電磁輻射敏感度、浪涌響應(yīng)特性，以及瞬態(tài)電壓抑制(TVS)與鉗位電路的設(shè)計策略。

　　這與過去 12 伏架構(gòu)下，線束僅作為低阻抗、電氣特性穩(wěn)定的傳輸介質(zhì)的定位，形成了本質(zhì)區(qū)別。

　　48 伏架構(gòu)面臨哪些隱性的組織架構(gòu)挑戰(zhàn)?

　　從技術(shù)歸屬來看，48 伏架構(gòu)介于兩大成熟的汽車工程領(lǐng)域之間：一邊是 12 伏附件與車身電子系統(tǒng)，另一邊是 400~800 伏高壓牽引系統(tǒng)。

　　由于其定位模糊，責(zé)任歸屬問題隨之產(chǎn)生。不同整車廠商的組織架構(gòu)各不相同：部分企業(yè)將其劃歸底盤電氣化部門，部分歸入車身電子部門，還有企業(yè)將其納入動力總成體系。

　　德國廠商的先發(fā)優(yōu)勢，很大程度上源于將 48 伏系統(tǒng)劃歸動力總成工程部門，使其與動力系統(tǒng)、能量管理及電磁兼容等核心技術(shù)方向協(xié)同發(fā)展。清晰的組織架構(gòu)分工，加速了工具鏈開發(fā)、安全分析與系統(tǒng)集成的成熟進(jìn)程。

　　48 伏是否屬于獨立完整的電壓等級?

　　從工程視角來看，48 伏并非過渡性架構(gòu)，而是一個特性完備的獨立電壓等級，擁有獨特的失效模式、明確的電磁兼容特性、專屬的磁性元件縮放規(guī)律，以及特定的可靠性與防護(hù)設(shè)計邊界。

　　將 48 伏視為結(jié)構(gòu)化平臺進(jìn)行開發(fā)的整車廠商，正快速推進(jìn)技術(shù)落地;而將其等同于 “大號交流發(fā)電機(jī)” 的廠商，則可能持續(xù)面臨系統(tǒng)集成與電磁兼容方面的挑戰(zhàn)。

　　隨著電動執(zhí)行器、電子助力制動系統(tǒng)、主動懸架模塊及能量回收技術(shù)的廣泛應(yīng)用，48 伏架構(gòu)正逐步成為汽車電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性支柱。

　　汽車電力系統(tǒng)層級架構(gòu)清晰呈現(xiàn)為三層結(jié)構(gòu)：

　　12 伏傳統(tǒng)電子系統(tǒng)

　　48 伏功能動力骨干網(wǎng)絡(luò)

　　400~800 伏高壓牽引系統(tǒng)

　　48 伏架構(gòu)之所以能實現(xiàn)全球普及，核心源于一個樸素的設(shè)計真理：其電壓水平足以釋放顯著的電氣與機(jī)械性能增益，同時又足夠低，可規(guī)避純電動汽車高壓架構(gòu)的全套合規(guī)成本。

　　對于全球的設(shè)計工程師而言，48 伏架構(gòu)是電力電子、磁性元件、封裝技術(shù)及電磁兼容領(lǐng)域最具活力的創(chuàng)新方向之一。部分行業(yè)人士認(rèn)為，未來五年內(nèi)，輕混汽車與電氣化子系統(tǒng)的大部分性能增量，都將構(gòu)建于這一技術(shù)基礎(chǔ)之上。