48 V/12 V電池系統在汽車(chē)領(lǐng)域的應用指日可待。過(guò)去幾年，世界上大多數主要的汽車(chē)制造商都在努力證明其系統的適用性。目前來(lái)看，很明顯這些系統有望在短期內實(shí)現。在實(shí)現無(wú)人駕 駛、真正自動(dòng)駕駛的全自動(dòng)乘用車(chē)的漫長(cháng)而艱苦的過(guò)程中，這是一個(gè)必要而關(guān)鍵的一步。盡管如此，這并不意味著(zhù)12 V電池將退出市場(chǎng)；因為已安裝的車(chē)輛中存在太多舊系統，所以不可能 出現這種情況。也就是說(shuō)自動(dòng)駕駛汽車(chē)將同時(shí)使用12 V電池和48 V電池。

圖1. 新一代汽車(chē)將采用12 V和48 V電池供電

這意味著(zhù)車(chē)輛的內部系統將使用 48 V鋰離子(Li-Ion)電池或12 V封閉式鉛酸(SLA)電池，但不能同時(shí)使用這兩種。然而，由于這兩種電池各自的化學(xué)性質(zhì)，除了要為其設計兩個(gè)獨立的充電電路外，還必須使用一種機制，允許電荷在其之間流動(dòng)而不會(huì )對電池或車(chē)內任何系統造成任何損害。除此之外，考慮到其中一種電池在運行時(shí)出現故障的情況，使用兩種電池可提供冗余電源。

雖然這肯定會(huì )使車(chē)輛內各種電氣子系統的設計復雜化，但也存在一些優(yōu)點(diǎn)。據一些汽車(chē)制造商稱(chēng)，基于48 V的電氣系統可使內燃機車(chē)輛的燃油經(jīng)濟性提高10%至15%，從而減少二氧化碳排 放。此外，未來(lái)使用48 V/12 V雙系統的車(chē)輛將允許工程師集成獨立于發(fā)動(dòng)機負荷運行的電動(dòng)助推器技術(shù)，從而可提高加速性能。此類(lèi)電動(dòng)增壓器已處于開(kāi)發(fā)的高級階段，并且將位于引氣系統和中冷冷卻器之間，使用48 V電壓軌使渦輪葉片旋轉。

全球范圍內的燃油經(jīng)濟法規越來(lái)越嚴格，而聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)駕駛功能在新型汽車(chē)上日益普及。因此，12 V汽車(chē)電氣系統已經(jīng)達到了其可用功率的極限。與此同時(shí)，這些變化似乎還不夠，汽車(chē)電 子系統需求也顯著(zhù)增長(cháng)。加上相關(guān)的功率需求，這些變化創(chuàng )造了一系列全新的工程機遇。顯然，3 kW功率極限的12 V鉛酸電池汽車(chē)系統必須得到補充。

此外，還存在影響這些系統工作方式的新汽車(chē)標準。新提出的汽車(chē)標準（稱(chēng)為L(cháng)V 148）將二級48 V總線(xiàn)與現有汽車(chē)12 V系統合而為一。48 V電源軌包括一個(gè)集成起動(dòng)發(fā)電機(ISG)或皮帶起動(dòng)發(fā)電機、48 V鋰離子電池以及一個(gè)雙向DC-DC轉換器，可從48 V和12 V電池提供10 kW級的能量。該技術(shù)適用于傳統內燃機汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和輕度混合動(dòng)力汽車(chē)，可幫助汽車(chē)制造商滿(mǎn)足日益嚴格的二氧化碳排放目標。

此新標準要求12 V總線(xiàn)繼續為點(diǎn)火、照明、信息娛樂(lè )和音頻系統供電。而48 V總線(xiàn)將為主動(dòng)底盤(pán)系統、空調壓縮機、可調懸架、 電動(dòng)增壓器/渦輪增壓器供電，甚至還將支持制動(dòng)能量回收。

在車(chē)輛中增加一個(gè)48V供電網(wǎng)絡(luò )并非沒(méi)有重大影響。電子控制單元(ECU)將受影響，且需要將其工作范圍調至更高電壓。這就要求DC-DC轉換器制造商采用專(zhuān)用的IC，以實(shí)現這種高功率傳輸。

于是，ADI公司Power by Linear^™ (PbL)產(chǎn)品部門(mén)設計開(kāi)發(fā)了一些DC-DC轉換器，能夠以非常高的效率實(shí)現這一能量轉換，從而在節能的同時(shí)最大限度地減少了散熱設計方面的問(wèn)題。

顯然，這需要在12 V和48 V電池之間使用一個(gè)雙向降壓和升壓DC-DC轉換器。這種轉換器可用于為其中任何一個(gè)電池充電，并且可以讓兩個(gè)電池同時(shí)為同一個(gè)負載供電（如果系統要求）。 從傳統角度來(lái)看，這些最初的48 V/12 V雙電池DC-DC轉換器設計采用了不同的功率組件進(jìn)行降壓和升壓。

ADI的PbL產(chǎn)品部門(mén)最近推出了一款雙向DC-DC控制器LT8228，它采用與降壓轉換相同的外部功率組件進(jìn)行升壓轉換。

LT8228（如圖2所示）是一款具有獨立補償網(wǎng)絡(luò )的100 V雙向恒流或恒壓同步降壓或升壓控制器。電源的流動(dòng)方向由LT8228自動(dòng)決定，或由外部控制。輸入和輸出保護MOSFET用于防止出現負電壓，控制浪涌電流，并在開(kāi)關(guān)MOSFET短路等故障條件下在端子之間提供隔離。在降壓模式下，V1端子的MOSFET保護可防止出現反向電流。在升壓模式下，相同的MOSFET通過(guò)一個(gè)可調整的計時(shí)器斷路器控制輸出浪涌電流并進(jìn)行自我保護。

圖2. 簡(jiǎn)化的雙向電池備用系統配置中的LT8228

此外，LT8228還具有雙向輸入和輸出限流和獨立電流監控功能。無(wú)主、容錯均流允許增加或刪除任何并聯(lián)的LT8228，同時(shí)確保均流精度。內部和外部故障診斷和報告可通過(guò)故障和報告引腳獲得。LT8228采用38引腳TSSOP封裝。

LT8228是一款具有MOSFET保護功能的100V雙向峰值電流模式同步控制器。在降壓模式下，控制器由輸入電壓V1提供降壓輸出電壓V2；或者在升壓模式下，由輸入電壓V2提供升壓輸出電壓V1。 輸入和輸出電壓最高可設置為100 V。工作模式可通過(guò)DRXN引腳由外部控制，或自動(dòng)選擇。此外，LT8228可對V1和V2端子提供MOSFET保護。MOSFET可防止出現負電壓，在出現內部或外部故障 時(shí)，在輸入和輸出端口之間提供隔離保護，還提供逆流保護以及浪涌電流控制。在電池備用系統等應用中，雙向功能允許使用高電壓或低電壓電源為電池充電。當電源不可用時(shí)，電池可提供經(jīng)過(guò)升壓或降壓處理的電源。

為優(yōu)化瞬態(tài)響應，LT8228采用兩個(gè)誤差放大器：升壓模式下的EA1和降壓模式下的EA2，分別帶有獨立的補償引腳VC1和VC2。當在輕載運行等條件下檢測到反向電感電流時(shí)，控制器在斷續導通模式下工作。LT8228在降壓和升壓模式下使用以下四個(gè)引腳進(jìn)行輸入和輸出限流編程：ISET1P、ISET1N、ISET2P和ISET2N。此外，控制器利用IMON1和IMON2引腳提供獨立的輸入和輸出電流監控。在整個(gè)輸入和輸出電壓范圍（0 V至100 V）內，限流編程和監控功能均有效。

此外，LT8228可提供無(wú)主、容錯輸出均流，可用于多個(gè)并聯(lián)LT8228，從而實(shí)現更高的負載電流，更好的散熱管理和冗余性。每個(gè)LT8228均可調節至平均輸出電流，無(wú)需使用主控制器。當禁 用單個(gè)LT8228或在故障條件下，它會(huì )停止向平均總線(xiàn)輸出電流，從而使均流方案具有容錯能力。

其他特性包括：

· 反饋電壓容差：±0.5%（全溫度范圍內）

· 雙向可編程電流調節與監控

· 擴展的自測、診斷和故障報告

· 可編程固定或同步開(kāi)關(guān)頻率：80 kHz至600 kHz

· 可編程軟啟動(dòng)和動(dòng)態(tài)限流

· 無(wú)主、容錯均流

LT8228通過(guò)使用相同的外部功率組件進(jìn)行降壓和升壓，可提高48V/12 V雙電池DC-DC汽車(chē)系統的性能、控制功能并簡(jiǎn)化設計。它可根據需要在48 V總線(xiàn)至12 V總線(xiàn)降壓模式或12 V至48 V升壓模式下工作。啟動(dòng)汽車(chē)或需要額外電源時(shí)，LT8228允許兩個(gè)電池同時(shí)向同一負載供電。功率轉換設計人員利用這個(gè)功能多樣的雙向轉換器，可以輕松地配置未來(lái)全自動(dòng)駕駛汽車(chē)所需的12V和48 V電池系統。