展望下一代整车配电电源设计

在之前看整车EE架构变革过程：随着Body Computer、座舱和自动驾驶核心计算平台的导入，高速通信的问题可以由PCI-e或者以太网解决；但是如何在HEV、PHEV和BEV三种长期存在的动力架构下，满足计算平台的功率需求，满足驱动车辆线控电动化的转向、制动的电源安全和冗余，特别是在较高的功率下，降低整个配电网络（PDN）的损耗。

在这个领域里面，做电源模块的Vicor的想法还是很有意思的。

▲图1.英飞凌所探讨的机遇12V下的冗余配电架构

▲图2.Vicor提出来48V Buffer和分布式电源供电

Part 1

配电和Zonal Controller

在Zonal控制器下，这个通信单元其实也是作为配电枢纽，Zonal控制器配置了大量智能熔断器，通过这个给所有的执行器和负载供电，通过半导体智能开关替代继电器中和传统熔断保险丝，有效的实现了智能电源管理，集中管理整个车辆的保险丝。 

▲图3.智能配电单元

而供电的架构就比较有意思了，Zonal控制器的供电如果往48V电气架构迁移，是简化了整体的电源拓扑。目前的车辆存在多个电池：

●48V：一般是一个48V电池+一个12V电池

●HEV：一般是一个200-300V电池+一个12V电池

●PHEV：一般是350V电池+一个12V电池

●BEV：400V和800V能量电池和12V电池

也就是说，我们能看到导入的Zonal架构，要在上面这一堆产品序列里面做兼容，我要考虑如何才能配置更好。我的理解全球来看，48V是最低配置，如果使用Zonal架构，在系统中围绕60V安全电压一下提供48V电压并将该电力分配给Zonal控制器。然后Zonal控制器配置电压转换模块向12VLoad和48V Load。 

▲图4.Zonal的电源配电功能

▲图5.给Zonal配置一个48V的输入和模块化电源

Part 2

功率模块和成本核算

在这个里面的做法，类似特斯拉在BMS控制器做的隔离反激电源模块。

▲图6.特斯拉的电源模块

备注：如果Zonal用48V供电，可以不用做隔离。

▲图7.电源模块

特斯拉的电源拓扑是一个Flyback结构，变压器有四路绕组（输入占其一），三路隔离输出中有一路输出用作辅助反馈，另外两路是给BMU的进行供电作用的。主要的器件包括整流二极管（ON-MBRS1100 BAT46W ）、NMOS（ST-STD2N95K5）、芯片（TI-UCC28730）和保险丝800mA和隔离变压器XFMRS-1078124-00-B 。主要的电源输出连接到了整个电池管理的供电12V处，即使外部的12V断开了，这块BMU也能持续工作。

我前段时间和不少朋友在聊，我们不管看DCDC的发展演变或者OBC的发展演变，随着这样的标准发展在走，一体化的功率电子发展到后期确实有瓶颈。

▲图8.功率模块

小结：我的理解，下一代的汽车计算平台和Zonal的电源模块，设计选择应该是挺大一块的。在原有芯片化的方案中，如果把输出摸清楚，封装成功率模块快速去导入市场，这个玩法还是可以做下去的，特别是车企目前在迭代这些控制器的时候，确实需要外部供应商做器件层面的优化设计。