作者：Chris Levasseur，Vicor 汽车助理研究员

基于电源模块创建 48V 区域架构，解决困扰行业数十年的电源难题

想象一下，您和几位朋友正驾驶着经济型轿车去往城市旅行，却遇到了一段极其糟糕的路面。就在您经历有史以来最颠簸的旅程时，一辆高档轿车却轻松地以两倍的速度驶过。您心想，“那肯定不舒服”，但随后注意到一个奇怪的现象：这俩轿车在这条糟糕的道路上滑行，车轮吸收了所有的冲击，而车身竟然在漂浮！随着每一次颠簸，车轮似乎都能神奇地随路面起伏而上下移动，宛如私人飞机般巡航。这是怎么回事？它是怎么做到的呢？

秘诀在于它采用的主动悬架系统。由于电源方面的挑战，这种高级功能目前仅在约 10% 的车辆中得到了应用。为了将这项技术推广到更多的汽车平台，原始设备制造商需要设计一套更轻、更实惠、更高效的电源系统。Vicor 新推出一款高功率密度车规级电源模块，可以帮助原始设备制造商实现这一突破，解决困扰汽车行业数十年的电源难题。

主动悬架系统的挑战

主动悬架系统需要复杂的软件、传感器和机电硬件。这些组件能够即时同步，以提供优质的驾乘体验。每个车轮都配备了一个可编程元件，可以是液压执行器、电机，或可调节的减震器。这些元件连接到一个摄像头（或传感器），它可以检测到前方道路上的凹凸不平情况，然后“告知”车辆。这样，车辆就能够根据路面状况预测性地调整悬架，从而确保司乘人员不会感受到颠簸。这项技术并不新鲜。事实上，它以液压气动的形式存在了半个多世纪，并且由以优质音频闻名的 Bose 公司率先推出。

20 世纪 90 年代，Bose 将一种基于电磁铁的主动悬架系统安装在原型车上。这个概念被称为“Project Sound”，展示了电磁驱动器在高负载应用中的能力，类似于著名的磁悬浮列车。然而，Project Sound 也暴露了主动悬架系统的最大缺陷：电源系统的复杂性和重量。

每个车轮都需要一个重达 90千克的电磁电机！车重额外增加 360千克，会显著降低燃油效率，而且短期内无法实现。此外，12V 电池也无法满足这种系统的电力需求。

利用现代电气化电源设计推进主动悬架

到了 2024 年，多家原始设备制造商已经能够使用替代技术模仿与 Bose 相同的驾乘体验。所有这些设计都大大减轻了电磁系统的重量，但供电和电源转换设备的重量仍然是一个难题。

虽然汽车制造商可以通过 12V 系统为汽车的主动悬架提供必要的电源，但大多数系统仍然过于笨重，难以广泛应用。例如，燃油车需要额外的大型辅助电池和专用的 DC-DC 转换器为主动悬架供电，这会增加近 14千克的重量，显然过于沉重。然而，在电动汽车设计中，情况有所不同，因为大型辅助电池是车辆电源系统的基础，并且可以支持各种其他负载。

轻混合动力汽车是现代高效车辆一个很好的例子，它利用 48V 辅助电池为众多豪华电子设备和主动悬架系统供电。在这种设计中，辅助电池直接为主动悬架系统提供 48V 电源。然而，大型车辆系统设计的一个缺点是，它们普遍使用的依然是 12V 的母线。这导致车辆中需要额外的 DC-DC 转换器。此外，主动悬架供电网络（PDN）重约 20 千克，占据约 18 升的空间。

另一种方法是插电式混合动力汽车中使用的基于 400V 电池的主动悬架系统。在这种情况下，主动悬架系统直接连接到汽车的 400V 电池，这虽然高效，但需要原始设备制造商在整个汽车内部铺设又重又贵的高压电缆。此外，使用 400V 电池还会增加维修和急救人员的风险。尽管这种方法有效，但基于 48V 电池的主动悬架系统在短期内更有可能成为行业标准。这种系统由 800V 或 400V 的主电池和 DC-DC 转换器提供电力。

需要注意的是，将主动悬架系统直接连接到电池的最大优势之一是能量回收。就像弹簧能够吸收和释放能量一样，主动悬架系统也能够吸收能量，并将其储存在电池中。尽管从技术角度来看，这可以通过 DC-DC 转换器来实现，但很少有制造商能够设计出瞬态响应足够快、转换速率和功效足够高的系统，以管理设备与电源之间的双向功率流动……参见 Vicor。（图 1）

电源模块与 48V 架构驱动下一代主动悬架

搭载 Vicor 电源模块的新型高性能车辆采用先进的主动悬架供电解决方案。Vicor 的 DC-DC 转换器不仅能够满足功率和瞬态响应要求，以优化能量回收，还具备业内最高的功率密度，使原始设备制造商能够在 PDN 设计中减轻重量，节省空间。

Vicor BCM6135 是一款效率高达 98% 的 2.5kW 隔离式固定比率 BCM® 母线转换器，能够将牵引电池的 800V 电压转换为 48V（图 2）。该转换器本身具有双向转换功能，其电流瞬态响应速率高达 800 万安培/秒，可完美匹配电动汽车主动悬架系统的功率需求。该系统能够快速捕获和响应电力需求，在几分之一秒内提供电力，并且可以在任一方向提供高达 2.5kW 的功率，从而最大限度地提高能量回收率。凭借极高的转换速率和无与伦比的效率，BCM6135 可以实现几乎与直接电缆连接相同的双向电力传输，而无需依赖辅助 48V 电池或高压电缆。在能量回收方面，其他任何主动悬架供电网络都无法达到如此高的效率水平。

BCM6135 的功率密度高达 158kW/L，为电动汽车系统设计人员提供了一种轻量化、高密度的主 DC-DC 转换器，能够使用更轻的电缆，从而进一步减轻车重。该设备还可以轻松并联，以获得更高的功率，为电源系统设计人员提供更大的灵活性和可扩展性。

通过 48V 架构和新型可扩展高功率密度产品进行创新

我们正在进入一个汽车电气化的新时代，电池驱动汽车与 48V 区域架构相结合，创造了新的创新机会。目前，主动悬架系统仅存在于高档汽车中，但很快将在普通车型中普及。随着行业向汽车电气化转型，主动悬架系统将像防抱死制动系统一样，从昂贵的豪华功能转变为标准配置。Vicor 的电源模块将助力这一目标的实现，通过新发布的车规级 DC-DC 电源模块 BCM1635 和 48V DC-DC 稳压器 DCM3735 及 PRM3735（图 3），为 OEM 提供支持。

Vicor 的新产品套件能够简化设计，并缩小现有主动悬架系统中供电网络的尺寸。结合 48V 架构，这些先进的电源模块能够最大限度地减少庞大的电力电子设备，并优化能量回收，从而帮助解决存在了几十年的电源问题。此外，Vicor 实现了 48V 区域架构，这不仅减小了电缆的尺寸，还将主动悬架系统的总重量减少了数公斤。在超重的纯电动汽车（BEV）领域，减轻重量无疑是改变游戏规则的关键因素。