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汽車業的發展主要由電氣化和自動駕駛兩大趨勢所推動。由于歐盟設定了二氧化碳減排目標，除了汽車電氣化，OEM別無選擇。同時，為了提高汽車安全性并實現全自動駕駛的最終目標，OEM使用了越來越多的傳感器，并不斷提升計算性能來處理傳感器產生的所有數據。

汽車行業多年來一直被CASE所驅動，即網聯化（Connected）、自主/自動化（Autonomous/Automated）、共享化（Shared）和電氣化（Electric）。在這四個發展趨勢中，其中兩個聚積了更多的研發力量。

第一個是OEM汽車電氣化。由于歐盟設定了二氧化碳減排目標（2021年為95g/km，2025年達到81g/km），除了汽車電氣化，OEM似乎別無選擇。

第二個是自主/自動駕駛，需要OEM將越來越多的自動駕駛功能集成在一起，以實現全自動駕駛的長遠目標。通過添加更多的傳感器，并不斷提升計算性能來處理這些傳感器產生的所有數據，OEM有望實現這一目標。

汽車行業的電氣化正在以不斷增加的速度發生，這主要是受政府關于二氧化碳 (CO 2 ) 減排標準的推動。歐盟設定了一個目標為新的車輛發出的CO只有95克/公里2 2020年中國等其他國家也在制定類似的法規。為了滿足這些標準，汽車制造商正在轉向輕度混合動力電動汽車，除了標準的 12V 汽車電池外，還使用二次高壓電池。

德國汽車制造商已經開始定義和構建基于 48V 電池的系統。與傳統的 12V 電池相比，48V 電池可以以更低的電流提供更多功率，同時減輕線束的重量并且不會犧牲性能。在這一發展過程中，LV 148 標準已成為雙電池汽車系統的主流起點。雙電池系統的頂層框圖如圖 1 所示。

圖 1：雙電池汽車系統框圖

擬議系統面臨哪些挑戰？你如何克服障礙？許多 OEM 系統要求規定能量必須可以從 48V 軌傳輸到 12V 軌，反之亦然。如果電池已放電，則需要雙向電源傳輸來為其充電，并在過載情況下為相反的電壓軌提供額外的電源。為了在不損壞電池的情況下為電池充電，控制器必須能夠非常準確地控制充電電流。在大多數汽車應用中，最大功率傳輸并不小，通常落在 2kW 到 3kW 的范圍內。兩條軌道上的電壓可能會有很大差異。根據 LV 148 規范，48V 軌通常在 36V 和 52V 之間，而 12V 軌的范圍可以從 6V 到 16V。對于可能損壞系統的任何故障情況，還必須存在保護電路。有了這些要求，很明顯，橋接 48V 和 12V 電源軌所需的 DC/DC 轉換器將不是一個微不足道的設計項目。

意識到 48V 軌和 12V 軌的電壓范圍從不重疊，可大大降低設計復雜性。對于從 48V 軌到 12V 軌的功率傳輸，我們可以使用降壓轉換器，而在 12V 到 48V 軌方向上的功率傳輸可以通過升壓轉換器實現。由于千瓦范圍的功率要求，每個轉換器都應使用同步 MOSFET 而不是續流二極管，以提高系統效率。

降壓和升壓拓撲在電力電子領域廣為人知，但設計兩個獨立的轉換器將占用寶貴的電路板空間并增加系統復雜性和成本。仔細觀察這兩種拓撲，我們會發現降壓和升壓轉換器的動力系統非常相似。兩種拓撲都至少包含兩個功率 MOSFET、一個電感器和一定量的輸出電容?？刂破魇峭負渲g的差異。在降壓拓撲中，受控開關是高側 MOSFET，而在升壓拓撲中，它是低側 MOSFET。假設我們選擇了正確的控制器，只需更改受控開關，就可以在使用相同動力系統組件的同時改變電感器中的電流方向。

圖 2：單控制器雙向轉換器的演變

雖然同步開關對于大電流設計是必要的，但它并不是萬能的。在 2kW 功率下，12V 電源軌將傳導大約 166A?？焖贋g覽一下就會告訴我們，我們需要多相操作才能實際實現此設計。通過使用多相架構，我們可以減小組件的物理尺寸并使熱管理更容易。為了輕松地并聯每個電源相位，降壓或升壓模式操作中的控制方案應該是電流模式控制。多相操作還可以實現每相的交錯切換。每次不切換每個相位會減少輸出紋波，從而有助于減少電磁干擾 (EMI)。

在所有系統中，我們必須設計保護電路以確保操作員安全。欠壓鎖定 (UVLO) 和過壓保護 (OVP) 等常見保護功能可確保電池不會放電過深或過度充電。峰值電感電流限制有助于保護每個電源相位免于過載和電感飽和。在雙電池汽車設置中，還需要斷路器來斷開 48V 和 12V 電源軌之間的任何電氣連接。監控電路還有助于擴展安全功能。例如，在能量傳輸期間，監控每個通道中的電流可以指示是否或何時發生故障情況。

數控 DC/DC 轉換器是一種可能的解決方案，但這種方法有幾個主要缺點。

首先，需要大量分立元件：每個相位的電流檢測放大器、功率 MOSFET 柵極驅動器、保護電路和監控電路每個元件都將占用印刷電路板 (PCB) 上寶貴的空間。

其次，需要高端微控制器來實現轉換器的電流和電壓控制回路。

第三，微控制器還會在保護電路中引入延遲，這會在高功率水平下造成災難性的損壞。

第四，第四，數字控制的設計周期可能是數年。我們必須對開關電源和數字控制有深入的了解。話雖如此，還有一些額外的好處。

第五，從系統層面來看，數字控制可以更加靈活，允許控制方案參數和調節電壓的動態變化。與其他子系統共享信息可提高整體系統性能。

雙通道差分電流感測傳感器和專用通道電流監測計可實現1％的典型電流精度。穩定的5A半橋柵極驅動器能夠驅動功率不低于500W /通道的并聯金屬氧化物半導體場效應應晶體管（MOSFET）開關。同步整流器的二極管仿真模式可避免出現負向電流，但也支持通過非連續操作模式提升輕載效率。多用途保護功能包括逐周期電流限制，HV和LV端口過壓保護，MOSFET故障檢測和過熱保護。