在过去的三十年中，汽车电子经历了显著的演变，从传统的内燃机（ICE）过渡到电池电动汽车（BEV）的出现。这一进程不仅改变了车辆的运行方式，还推动了电力分配架构和半导体组件的重大变化。在这篇博客文章中，我们将探讨这一演变的三个主要阶段——从内燃机（ICE）到轻度混合动力（MHEV）再到电池电动汽车（BEV），并探讨低压电力分配在塑造汽车格局中的作用。

第一阶段：内燃机（ICE）

早期的汽车电子相对简单，以机械系统为主导。20世纪90年代和2000年代的内燃机车辆消耗的连续电力较少，主要用于电子点火、收音机、电动窗或座椅等功能。电力需求在发动机启动瞬间达到约12千瓦。在这个时代，电池与启动电机之间的直接连接足以提供点火所需的动力提升。

第二阶段：轻度混合动力电动车（MHEV）

轻度混合动力技术的出现标志着电气化旅程的开始。电动机的引入使启停功能得以实现，并逐步辅助推进。像本田Insight和丰田普锐斯这样的著名车辆展示了电动机在增强动力和燃油效率方面的潜力。随着这些进步，电力需求从简单启停系统的3千瓦跃升至先进插电式混合动力的约30千瓦。

这种电力需求的增加需要从传统的12伏电气系统过渡到更强大的48伏系统。更高的电压允许电力分配到各种组件，包括电动驱动、空调、燃油和水泵、动力转向和信息娱乐系统。向48伏分配系统的演变显著减少了线束的负载，实现了更高效和更具成本效益的电力传输。

第三阶段：电池电动汽车（BEV）

目前的汽车格局由电池电动汽车（BEV）的崛起主导。这些车辆完全依靠电力驱动，因此所有功能必须由电气系统持续供电。尽管单个电气负载的电力需求类似于MHEV，减去启停功能，BEV的独特挑战在于增加了电气客舱加热和电池温度管理的需求。BEV通常需要约3千瓦的电力。

与MHEV一样，BEV也受益于48伏分配系统，因为它具有高效和成本效益。然而，BEV电力系统与高压牵引驱动（通常为400伏或800伏）的集成需要电气隔离以确保安全。通过采用隔离电源和先进的转换技术，如碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）晶体管实现这种隔离。

为什么选择GaN用于48伏汽车系统

GaN场效应晶体管和集成电路相对于传统的硅基解决方案具有明显优势，使其非常适用于汽车电力分配系统所需的高性能电力电子应用。对于48伏总线系统，GaN技术提高了效率，缩小了尺寸，并降低了系统成本。

效率：与硅器件相比，GaN器件具有较低的导通电阻和开关损耗。这转化为更高的转换效率，减少了能量损失，有助于提高车辆的整体效率。

更小的尺寸：GaN器件本质上比传统的硅器件更小。这种尺寸的减少允许更高的功率密度，减少了48伏架构中使用的DC-DC转换器的尺寸和重量。此外，能够以更高的频率切换可以将尺寸减半，同时减少相同比例的组件数量。

成本节约：基于GaN的解决方案允许更简单的设计。例如，由于开关速度快，基于GaN的解决方案可以以每相250 kHz的频率运行，而传统MOSFET解决方案则为每相125 kHz。在一个3千瓦48伏 - 12伏转换器中，较高的开关频率使系统从五相减少到四相，减少了尺寸和成本。

新兴趋势和未来方向

通过与人工智能（AI）服务器的发展进行比较，这些服务器已转向分布式电力架构以提高效率，汽车电力分配也将迎来类似的进步。具有战略性地分布在车辆周围的小型DC-DC转换器的区域电力架构概念有潜力简化布线系统并提高效率。这种方法最终可能导致低压电池的消除，直接从主电池系统供电。

有关此主题的更大讨论，请阅读《电力系统设计》中的文章：汽车电子中低压电力分配的演变——从ICE到MHEV再到BEV

结论

汽车电子的演变，从ICE到MHEV再到BEV，带来了电力分配架构和技术的重大变化。从12伏到48伏分配系统的转变，是由电动辅助车辆（包括轻度混合动力车和BEV）的电力需求增加所推动的。这些变化促使了先进半导体技术的采用，如GaN晶体管，提供更高的效率、更小的尺寸和成本效益。

要了解更多关于GaN如何加速车辆电气化的信息，请联系EPC。

Renee Yawger, Director of Marketing