背景

長城汽車作為一家全球智能科技公司，打造了以能源、智能化為導向的森林生態(tài)體系，確立混動、純電、氫能三軌并行發(fā)展的道路。隨著長城汽車在智能駕駛、智能座艙、智能底盤等方面的深入發(fā)展，傳統(tǒng)12V低壓系統(tǒng)需要提升電流輸出能力來滿足更加智能的控制器系統(tǒng)，電流輸出能力的提升必然增加線束線徑從而導致整車重量加大。為了實現(xiàn)智能化和整車輕量化的共同發(fā)展，長城技術中心開展了低壓12V升級到48V的相關驗證。

英飛凌作為全球領先的汽車半導體廠商，為客戶提供全面的系統(tǒng)級解決方案，同時也結合客戶的未來需求提供最新的解決方案。為了更好地了解客戶的需求，英飛凌設立應用中心，貼近客戶，共同開展新產品、新應用、新技術的相關工作。

基于長城&英飛凌應用中心，長城技術中心和英飛凌共同合作，結合長城汽車的實際需求開發(fā)了一款12V&48V一級智能配電測試板。

作者：長城汽車電子電氣架構經理 張良

英飛凌應用中心工程師 曾喆

測試板特性

采用12V&48V供電

2路CAN通信，3路LIN通信

12V負載輸出

10路電子保險絲（efuse）輸出

4路智能高邊（HSD）輸出

1路有刷電機（DC）輸出

48V負載輸出

1路電子保險絲（efuse）輸出

2路智能高邊（HSD）輸出

1路有刷電機（DC）輸出

2路無刷電機（BLDC）輸出

電子保險絲（efuse）保護機制

過壓、欠壓提前預警和關閉輸出

過流提前預警和關閉輸出

過溫保護和關閉輸出

軟件可編程自恢復邏輯

故障狀態(tài)讀取和記錄

電機保護機制

過壓、欠壓保護

過流保護

故障狀態(tài)讀取和記錄

圖1 12V&48V混合一級智能配電測試板

測試板功能介紹

測試板根據(jù)一級智能配電的需求進行設計，在混動車型和純電車型實現(xiàn)智能化的電子配電方案。

測試板基于傳統(tǒng)的12V低壓系統(tǒng)，部分大電流負載升級到48V。在保留現(xiàn)有400V/12V DCDC和12V電池的前提下通過添加一個雙向12V/48V DCDC進行48V負載測試。48V供電部分采用12V/48V DCDC 和48V 電池。

基于高階自動駕駛、智能座艙等智能化的趨勢，12V的負載輸出采用電子保險絲（efuse）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的保險絲。48V的負載輸出采用智能高邊和智能驅動+mosfet的方式。

圖2 12V/48V混合一級智能配電框圖

48V供電采用雙電源方式分別是12V/48V DCDC和48V電池，12V/48V DCDC和48V電池通過2ED4820進行管理。

正常工作情況下左右兩路2ED4820打開，12V/48V DCDC給48V負載供電同時給48V電池充電；

如果12V/48V DCDC異常，關閉右路2ED4820采用48V電池給48V負載供電；

2ED4820是英飛凌開發(fā)的一款適用于12V/24V/48V的智能門級驅動芯片。

采用SPI方式控制

2ED4820有兩路輸出驅動，支持背靠背的工作方式

工作電壓20-70V

可配置過流和短路保護

可配置過壓保護

負載斷路診斷

集成一路電流采集運放

圖3 48V主供電框圖

隨著智能駕駛的提升，線控底盤控制器也會越來越多。為了滿足高階自動駕駛和整車功能安全要求，針對線控制動控制器供電采用雙路冗余同時差異化的智能配電輸出，采用智能門級驅動+mosfet的方式給IBC1供電，另外一路采用BHT50015給IBC2供電。

圖4 IBC供電

測試板集成了兩路三相無刷電機（BLDC）驅動分別用于驅動水泵和散熱風扇。為了測試對比采用了兩款不同的BLDC驅動芯片，兩款BLDC驅動都支持48V應用分別是TLE9180和TLE9140。

TLE9140是英飛凌開發(fā)的一款滿足24V/48V BLDC應用的驅動芯片。

工作電壓范圍8.0V~75V

集成BEMF比較器

可編程驅動輸出

過壓、欠壓、過流、過溫等診斷保護機制

SPI通信

開發(fā)流程按照ISO26262，滿足ASILB的安全關斷路徑

測試板可以實現(xiàn)12V和48V負載輸出電流和電壓的實時監(jiān)控。

12V負載部分采用一個主的2ED2410作為12V的輸入，每路12V輸出采用電子保險絲（efuse）和智能高邊驅動（HSD）。

48V負載部分采用兩個主的2ED4820作為48V輸入，48V輸出采用智能高邊和電機驅動芯片。

臺架測試

12V eFuse（BTG7003）短路測試：

圖5 短路發(fā)生之后，BTG7003在45us之內觸發(fā)保護同時關閉輸出

12V Fuse（傳統(tǒng)保險絲）短路測試：

圖6 短路發(fā)生之后，傳統(tǒng)保險絲在2ms之后才會觸發(fā)保護同時熔斷

通過對比測試可以發(fā)現(xiàn)在發(fā)生短路的時候，eFuse觸發(fā)保護的時間明顯優(yōu)于傳統(tǒng)保險絲，us級別的保護反應時間可以降低短路大電流對線束的損壞。

基于實驗室環(huán)境針對BLDC和DC電機在48V和12V供電情況下進行了對比。

圖7 測試板48V配電圖

表1 48V下鼓風機參數(shù)匯總表

表2 12V下鼓風機參數(shù)匯總表

表3 同等風速下，12V與48V鼓風機工作電流對比

通過以上數(shù)據(jù)可以得到鼓風機在相同風速下48V供電情況下負載電流小于12V供電情況下的電流。在較低的風速下電流比例達到了4：1，但是隨著風速的上升，電流比例開始變小，這個有可能跟48V散熱風扇的軟件成熟度不足和散熱風扇不匹配實驗車輛有一定的關系。

表4 48V配電下玻璃升降電機上升、下降電壓電流參數(shù)

表5 原車12V玻璃升降電機上升、下降電壓電流參數(shù)匯總表

表6 12V與48V搖窗電機工作電流對比

由以上數(shù)據(jù)，可以看到上升過程中，與48V電壓下相比， 12V搖窗電機工作電流是48V搖窗電機的3.4倍。雖然下降階段電流卻沒有明顯的優(yōu)勢，但是下降電流最夠小，這樣子也有利于降低線束的線徑。

結論

基于測試板功能和測試的數(shù)據(jù)可以看到如下結論：

電子保險絲（efuse）針對傳統(tǒng)保險絲在過流保護（反應時間和過載電流）的時候有明顯的優(yōu)勢。

相較于傳統(tǒng)保險絲單一保護邏輯（過流），電子保險絲有著豐富的診斷和保護邏輯，在方便的同時也對于車廠提出了新的要求，例如：過壓發(fā)生的時候，配電板需要結合不同的負載情況進行不同的保護邏輯。

電機負載從12V升級到48V的過程中，發(fā)現(xiàn)并不是所有的工況下都可以達到4：1的電流比例。

新的智能配電變革類似于從LDO+MCU的傳統(tǒng)電路變成了功能安全的PMIC+MCU的工作機制。

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