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探索电动汽车系统中碳化硅的电流传感解决方案
随着现代汽车日益复杂，对其安全系统和电气架构的要求也呈指数级增长。这些需求促使业界在其最先进的车辆中采用冗余电路板网络作为核心安全系统，从而加速了冗余电源的需求增长。Flex 的创新型高压备用 DC/DC 转换器可提高电源可用性，并有望为汽车制造商节省大量成本，使其能够遵守严格的安全法规，同时保持驾驶员期望的效率和性能。
Flex公司
随着现代汽车日益复杂，对其安全系统和电气架构的要求也呈指数级增长。这些需求促使业界在其最先进的车辆中采用冗余电路板网络作为核心安全系统，从而加速了冗余电源的需求增长。Flex 的创新型高压备用 DC/DC 转换器可提高电源可用性，并有望为汽车制造商节省大量成本，使其能够遵守严格的安全法规，同时保持驾驶员期望的效率和性能。
随着现代车辆日益复杂，对其安全系统和电气架构的要求也呈指数级增长。高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和线控功能的普及，促使汽车制造商引入汽车安全完整性等级 (ASIL) 关键低压 (LV) 负载。这些系统需要为各种低压辅助设备提供稳定可靠的电源，包括在车辆待机或睡眠模式下。
这些需求促使业界在其最先进的车辆中采用冗余板网作为核心安全系统，然后这些冗余板网将随着需要它们的技术扩展到其余的产品组合中。
这使得冗余电源市场处于大幅增长的边缘，预计未来五年内将突破 5 亿美元的惊人目标。1
长期预测表明，该领域可能在未来十年内发展成为一个价值数十亿美元的市场，反映出汽车行业对增强型电源解决方案的需求发生了动态变化。
虽然早期概念提供了暂时的补救措施，但它们无法解决未来车辆中更稳健的电气系统所面临的不断演变且更复杂的需求。除了提高部分负载效率的需求外，对符合 ASIL 标准的电源可用性、封装和重量优化日益增长的需求，对于开发能够产生持久影响的有效技术解决方案而言变得愈发重要。值得注意的是，与附加功能相关的成本也必须受到密切监控；任何新的车辆概念都必须保持在可接受的成本目标范围内，以确保市场可行性和广泛应用。
为了应对这些挑战，Flex 积极设计了一个全新概念：一款高压备用 DC/DC 转换器，旨在满足需要冗余电源的系统需求。这种创新的设计方法不仅提高了电源可用性，还充分利用了封装和减重方面的重大进步——与现有的最先进解决方案相比，重量显著减少了 60% 以上。这些变革可以显著节省成本，助力下一代汽车概念蓬勃发展。
1. Flex 分析基于标普全球移动数据、TechInsights 和客户对话
随着 软件定义汽车技术 随着 3 级自动驾驶汽车的出现和线控系统的逐步引入，为这些安全关键系统供电的低压汽车电路板网络已受到 ASIL-D 功能安全要求的约束。
安全关键型系统的一个例子是线控转向系统。该系统与方向盘之间没有机械连接，因此也没有机械备份，但即使在主电源发生故障时，它仍必须完全依靠备用电源运行。
另一个例子是自动驾驶汽车，在发生电源故障的情况下，必须确保执行关键传感器数据处理的主 ADAS ECU 在故障发生后的指定时间内可用，以便人类驾驶员能够控制车辆。
现代 3 级车辆通过集成两个独立但相同的电源和双独立板网络来满足 ASIL-D 板网络要求，以实现相关的功能安全目标。这种冗余设计可确保在电源系统发生故障时，关键车辆功能不会受到影响，从而为驾驶员留出足够的时间控制车辆并执行安全操作。这是一种可靠的策略，但早期方法将两个系统视为几乎完全相同的系统，而不是两个在截然不同的运行参数下运行的定制系统。
备用 DC/DC 转换器
我们的专用解决方案
使用高压备用 DC/DC 转换器将冗余低压板网连接到高压板网
12V/12V DC/DC 转换器 + 第二块电池
当今最佳的解决方案
使用 12V/12V DC/DC 转换器将冗余 LV 板网连接到主 LV 板网
目前市场上的一些 3 级车辆采用备用铅酸电池来应对 ASIL-D 挑战，该电池通过 12V/12V 升降压 DC/DC 转换器连接到二次或备用电路板网络。升降压转换器具有两个关键功能：首先，无论备用电池电压如何，它都能提供稳定的输出电压，确保安全关键负载获得标称电压。其次，它确保备用铅酸电池处于充足的充电状态，并拥有足够的储能（包括安全裕度），以便在主电路板网络发生故障时满足任务配置文件的要求。
附加配电开关可根据需要控制从初级到次级电路板网络的电流流动，反之亦然。开关本身也必须按照 ASIL-D 功能安全要求进行设计。
虽然该解决方案采用了成熟的技术，但它也存在铅酸电池固有的一些缺陷。众所周知，铅酸电池由于放电次数少，使用寿命较短（约为3-5年）。对于安全关键型系统而言，如此短的使用寿命并不理想，因为不间断电源至关重要。因此，在车辆预期的15年使用寿命内，车主可能需要更换备用铅酸电池3-5次，这会增加该解决方案的总拥有成本。该解决方案的另一个缺点是功率密度低，这是由于铅酸电池的体积和重量造成的。
在汽车领域，一种解决低压板网功能安全挑战的替代解决方案正在逐渐受到关注，尤其是在高压侧已配备额外储能的插电式混合动力汽车 (PHEV) 和纯电动汽车 (BEV) 中，即使用直接连接到主电池组的高压转低压 (HV/LV) 备用 DC/DC 转换器。该配置还具有一个二级备用板网，该板网具有专用的配电网络和电源开关。
该解决方案克服了先前讨论的方法的局限性，同时提供了多项独特的优势。其最显著的优势在于，相比铅酸电池3至5年的使用寿命，其使用寿命可延长至15年，非常适合需要长期可靠性的安全关键型系统。此外，其性能通常不受环境温度和充电状态的影响，而这些因素通常会对基于电池的解决方案构成挑战。
备用 DC/DC 转换器的功率密度更高，因此尺寸更紧凑、重量更轻，为 OEM 提供了更大的灵活性，可以决定在车辆内放置模块的位置。
根据指定负载曲线的电流压摆率要求，可能需要使用较小的备用超级电容器或电池模块来处理急剧的电流瞬变并将电压维持在规定的限值内，从而避免在故障事件期间电路板网络出现欠压。由于备用储能模块只需提供短时突发功率来处理较大但短暂的负载瞬变，因此无需存储大量能量，这使得其比第一种解决方案更紧凑、更经济高效。
另一个关键考虑因素是备用 DC/DC 转换器等设备的正常运行。通常，任务或负载曲线要求支持 300W 至 500W 范围内的连续输出功率，峰值输出电流脉冲高达 100A，持续数秒。然而，备用电路板网络很少在这些曲线下工作，而是在其使用寿命的大部分时间里处于极低功率和低负载环境中。因此，专注于提高低负载效率必须成为备用 DC/DC 转换器的关键考虑因素；它必须在关键的救生时刻有效，同时在这些时刻之间保持尽可能高的效率。
在电气化和软件定义汽车快速发展的推动下，汽车行业的变化速度加快，需要一种日益协作的环境，在这种环境中，汽车制造商及其供应商网络可以贡献各自的优势，以应对日益复杂的技术并加速创新。
Flex一直与全球半导体公司合作 意法半导体 致力于开发用于纯电动汽车的下一代电力电子器件。其中包括采用意法半导体的产品为Flex的高压(HV)组合单元供电，该组合单元结合了一次DC/DC转换器和车载充电器，为纯电动汽车提供一体化电源转换解决方案。
Flex 还利用了 ST 的 SiC MOSFET 技术， 恒星汽车微控制器 — 这两者对于电源转换器的高效和安全运行都至关重要 — 在我们的备用 DC/DC 转换器中。
结合 Flex 的先进制造能力，高压组合单元和备用 DC/DC 转换器旨在帮助汽车制造商加速电动汽车的发展。
Flex 的备用 DC/DC 转换器已成功应用于一家全球主要汽车制造商的下一代 BEV 平台，其设备规格如下：
Flex 的备用 DC/DC 转换器专为高效率、高功率密度和高可靠性而设计。它采用移相桥式拓扑结构，具有零电压开关和动态开关频率，使转换器能够适应变化的负载，从而最大限度地降低开关损耗并提高整体转换效率。此外，使用 碳化硅MOSFET 高压级进一步降低了传导和开关损耗。
由于其高效率和突发任务特性，Flex 的备用 DC/DC 转换器采用被动风冷，无需液体冷却系统，进一步降低了系统成本和设计复杂性。
这些先进设计的第一代计划于2026年投入生产，业界对此充满期待。此外，后续几代产品预计将于2028年及以后投产，旨在进一步降低功率密度和成本。这些发展预示着冗余电源解决方案的新时代，使汽车制造商能够遵守严格的安全法规，同时保持现代消费者所期望的效率和性能。
更高的功率密度
体积更小
减少物料清单
液体冷却选项
IP6k9k防水
