不仅仅是汽车动力的简单更改，汽车电气化两大发展方向关键解决方案解析

前不久，国内宣布新能源汽车补贴新政，将新能源汽车的补贴时间延长至2022年，为国内新能源汽车市场注入了一针强心剂。自新能源汽车的概念在全球范围兴起以来，以特斯拉为首的电动汽车凭借新颖的驾乘理念、良好的加速性能以及科技感十足的外观等受到了买家的重点关注，另一方面，世界范围内要求减少碳排放、提高燃油效率的法规的出台，同时促使车辆电气化迅速普及。

对于汽车动力来说，在不考虑电能在发电和输配电过程中的流转损耗，电能作为二次能源，其运行效率是高于传统化学能和机械能的转换，换句话讲汽车的电气化水平和节能效果近似成正比。那么电气化系统该如何设计?通常从传统基于发动机的架构，基于内燃机的动力总成往两个方向发展：一个是往电气化的驱动系统发展，另一个是各种控制系统的电气化升级。如何将相关的这两个方向做得更好，本文将从高性能模拟技术提供商ADI的几款关键器件为例进行应用分析。

栅极驱动器的进化，实现驱动系统电气化的必经之路

传统车在前舱会有一个发动机，现在整体新能源车在车底会有一个电池系统(电池管理和动力电池系统)。同时，由发动机驱动的系统会过渡到由电机驱动的系统，如果是四轮驱动后面和前面会各有一个电机。首先，电池给出来的电是直流电，但是电机驱动车轮却需要交流电，当中需要有一个电机控制器去控制直流电到交流电的转换，而且要控制电机车轮去旋转，相应的转速，以及给多少动力到车轮上。

车辆电气化驱动架构

对应来说，要把直流电转换成高压的交流电，需要应用到高压功率器件。多年来，功率输出系统的功率开关技术选择一直非常简单。在低电压水平(通常为600 V以下)，通常会选择MOSFET;在高电压水平，通常会更多地选择IGBT。随着氮化镓和碳化硅形式的新型功率开关技术的出现，汽车电气化驱动技术也有了更多高性能应用选择。

典型功率转换信号链

栅极驱动器可接收系统控制过程产生的逻辑电平控制信号，并提供驱动功率开关栅极所需的驱动信号。在隔离系统中，它们还可实现隔离，将系统带电侧的高电压信号与在安全侧的用户和敏感低电压电路分离。典型IGBT的栅极充电电荷高达数百nC，因此，我们通常会发现栅极驱动器在2 A至6 A范围内提供输出驱动能力。目前，市场上提供的GaN开关的栅极充电电荷性能提升了10倍以上，通常处于5 nC至7 nC范围内，因此，栅极驱动器的驱动要求已显著降低。降低栅极驱动器的驱动要求可使栅极驱动器尺寸更小、速度更快，而且还能减少添加外部缓冲器以增强电流输出的需求，从而能够节约空间和成本。

以ADI公司最近推出的产品ADuM4135为例，其采用了iCoupler®技术，提供最高达100 kV/μs的共模瞬变抗扰度，能够应对此类应用。但是，提高CMTI性能往往会产生额外的延迟。延迟增加意味着高端和低端开关之间的死区时间增加，这会降低性能。在隔离式栅极驱动器领域尤其如此，因为在此类领域中，信号在隔离栅上传输一般具有更长时间的延迟。但是，ADuM4135不仅提供 100 kV/μs CMTI，而且其传播延迟仅为50 ns。

典型栅极驱动器的传播延迟和CMTI性能

双电源轨并行，专用DC-DC转换器这样提升控制系统电气化实力

新提出的汽车标准(称为LV 148)将二级48 V总线与现有汽车12 V系统合而为一。此新标准要求12 V总线继续为点火、照明、信息娱乐和音频系统供电。而48 V总线将为主动底盘系统、空调压缩机、可调悬架、电动增压器/涡轮增压器供电，甚至还将支持制动能量回收。

新一代汽车将采用12 V和48 V电池供电

在车辆中增加一个48V供电网络并非没有重大影响。电子控制单元(ECU)将受影响，且需要将其工作范围调至更高电压。这就要求DC-DC转换器制造商采用专用的IC，以实现这种高功率传输。于是，ADI公司Power by Linear™ (PbL)产品部门设计开发了一些DC-DC转换器，能够以非常高的效率实现这一能量转换，从而在节能的同时最大限度地减少了散热设计方面的问题。

LT8228是该公司最近推出的一款双向DC-DC控制器，通过使用相同的外部功率组件进行降压和升压，其可提高48V/12V双电池DC-DC汽车系统的性能、控制功能并简化设计。它可根据需要在48 V总线至12 V总线降压模式或12 V至48 V升压模式下工作。启动汽车或需要额外电源时，LT8228允许两个电池同时向同一负载供电。功率转换设计人员利用这个功能多样的双向转换器，可以轻松地配置未来全自动驾驶汽车所需的12V和48 V电池系统。

LT8228采用与降压转换相同的外部功率组件进行升压转换，是一款具有独立补偿网络的100 V双向恒流或恒压同步降压或升压控制器。电源的流动方向由LT8228自动决定，或由外部控制。输入和输出保护MOSFET用于防止出现负电压，控制浪涌电流，并在开关MOSFET短路等故障条件下在端子之间提供隔离。在降压模式下，V1端子的MOSFET保护可防止出现反向电流。在升压模式下，相同的MOSFET通过一个可调整的计时器断路器控制输出浪涌电流并进行自我保护。

简化的双向电池备用系统配置中的LT8228

此外，LT8228还具有双向输入和输出限流和独立电流监控功能。无主、容错均流允许增加或删除任何并联的LT8228，同时确保均流精度。当禁用单个LT8228或在故障条件下，它会停止向平均总线输出电流，从而使均流方案具有容错能力。

总结

电气化的终极目标，就是要把未来的汽车变得更加环保，从内燃机到混合动力再到纯电动的转变，只代表了车辆中最明显的电动系统积极增长的部分，电气化一样适用于车辆的子系统。无论是控制系统电气化的电源管理模块、DC/DC转换器以及未来无线电池管理技术，还是电气化驱动的逆变器、插电充电系统以及未来汽车x-by-wire电气操纵的高度自动化系统，ADI在这些领域都有相应的解决方案。借助这些工具，工程师们可以快速适应汽车电气化所需的颠覆性技术。