「「自動車、トラック、バス、オートバイのメーカーは、内燃機関の燃料効率を改善し、二酸化炭素排出量を削減するために、急速に車両に電力を供給しています。 多くの電化オプションがありますが、ほとんどのメーカーはフルハイブリッドパワートレインを選択しませんが、48ボルトのマイルドハイブリッドパワートレインを選択します。 従来の12Vバッテリーに加えて、マイルドハイブリッドシステムは48Vバッテリーも追加します。
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自動車、トラック、バス、オートバイのメーカーは、内燃機関の燃料効率を改善し、二酸化炭素排出量を削減するために、急速に車両に電力を供給しています。 多くの電化オプションがありますが、ほとんどのメーカーはフルハイブリッドパワートレインを選択しませんが、48ボルトのマイルドハイブリッドパワートレインを選択します。 従来の12Vバッテリーに加えて、マイルドハイブリッドシステムは48Vバッテリーも追加します。
これにより、触媒コンバーターなどの重負荷の場合、電気量が4倍（P = V•I）増加する可能性があります。 48Vシステムはハイブリッドエンジンに電力を供給することができ、燃料を節約しながら、より速くよりスムーズに加速して車両の性能を向上させます。 追加の電源は、ステアリング、ブレーキ、サスペンションシステムのサポートを提供するだけでなく、新しい安全性、エンターテインメント、快適性の機能も追加します。
設計が完了すると、48ボルトのマイルドハイブリッド電力システムの導入には大きな利点があります。 長年の12ボルト電源ネットワーク（PDN）を改造することへの躊躇を克服することは、最大の課題かもしれません。 電源の変更には通常、広範囲にテストする必要のある新しいテクノロジーが必要です。また、自動車業界の高い安全性と高品質の基準に従って電力を供給できる新しいサプライヤが必要になる場合もあります。
ただし、データセンター業界は、48V PDNに移行する過程で、これまでのところ、スイッチングコストを上回る利点があることを発見しました。 自動車業界の場合、48Vマイルドハイブリッドシステムは、排出量が少なく、走行距離が長く、燃料消費量が少ない新車を迅速に導入する方法をもたらします。 さらに、パフォーマンス特性を改善し、二酸化炭素排出量を削減するための刺激的な新しい設計オプションも提供します。
48V電源ネットワークを最大化する方法
より重いパワートレインとシャーシシステムの負荷に電力を供給するために48Vバッテリーを追加すると、エンジニアはさまざまなオプションを利用できます。 調整されたDC-DCコンバータを介して48Vを12Vに変換する必要なしに、48V入力を直接処理できる、またはポンプ、ファン、モーターなどの元の12V電気機械負荷を保持できるシステムを増やすオプションがあります。 変化とリスクを管理するために、既存のマイルドハイブリッド電源システムは48V負荷を徐々に増やしながら、大型の集中型マルチキロワット48Vから12Vへのコンバーターを使用して、車全体の12V電源を12V負荷に供給しています。 ただし、この集中型アーキテクチャは、48V PDNの利点を十分に活用しているだけでなく、現在利用可能な高度なコンバータトポロジ、制御システム、およびパッケージングの利点も活用していません。
図1従来の12V集中型アーキテクチャ図248V分散型アーキテクチャ
これらの集中型DC-DCコンバーター（図1）のほとんどは、以前の低周波スイッチングPWMトポロジーを使用しているため、かさばります。 さらに、多数の重要なパワートレインシステムに単一障害点をもたらす可能性もあります。
考慮する必要があるもう1つのアーキテクチャは、モジュラー電源の使用です。 コンポーネント 分散型電源用（図2）。 電源アーキテクチャは、より小型で低電力の48〜12Vコンバータを使用して、12Vに近い負荷で車両全体に電力を分配します。 単純な電力方程式P = V•IおよびP損失 =私2Rは、48Vの配電が12Vよりも効率的である理由を説明できます。
特定の電力レベルでは、12Vシステムと比較して、48Vシステムの電流は4分の1、消費電力は16分の1です。 電流の1/4の場合、ケーブルとコネクタはより小さく、より軽く、より安価になる可能性があります。 さらに、分散型電源アーキテクチャには、熱管理と電源システムの冗長性に関する大きな利点があります（図4）。
図3標準のDC-DCコンバータの効率は94％です。図4 Vicor DC-DCコンバータの効率は98％です。
分散アーキテクチャのモジュラーコンポーネントの利点
分散型電源のモジュラーアプローチ（図5）は、非常にスケーラブルです。
図5ハイブリッド電気自動車のモジュラーアプローチ
バッテリーの48V出力は、車内のさまざまな高出力負荷に分配されます。これにより、低電流（4倍）と低消費電力（16倍）の利点を最大限に活用して、PDNをより小さく軽量にすることができます。 さまざまな分散負荷の負荷電力分析によると、モジュールは、並列アレイで使用するための適切な電力粒度とスケーラビリティについて設計および認定できます。
この例では、2kWのモジュールです。 前述のように、粒度とスケーラビリティは主にシステムに依存します。 大規模な集中型DC-DCコンバータの代わりに分散モジュールを使用することで、大幅に削減されたコストでN +1冗長性を実現することもできます。 自動車の開発段階で負荷消費電力が変化した場合でも、この方法には利点があります。 エンジニアは、完成したカスタマイズされた電源装置全体を変更することなく、モジュールを追加または削除できます。 もう1つの設計上の利点は、モジュールが承認および認定されているため、開発時間を短縮できることです。
高電圧バッテリシステムに分散モジュラー48Vアーキテクチャを実装する
図6純粋な電気自動車のモジュラーアプローチ
純粋な電気自動車または高性能ハイブリッド車は、パワートレインおよびシャーシシステムの電力要件が高いため、高電圧バッテリーを使用できます。 48V SELV PDNには、OEMメーカーにとって依然として大きな利点がありますが、現在、電力システムの設計者には、高電力800Vまたは400Vから48Vへの変換という追加の課題があります。
さらに、この高電力DC-DCコンバータも絶縁が必要ですが、電圧調整は必要ありません。 分散型48Vから12Vへのコンバータレイアウトの大きな利点は、電圧レギュレーションが優れていることです。 上流の高電力コンバーターは、調整されたPoLコンバーターを使用することにより、固定比率トポロジーを使用できます。 16：1または8：1の広い入力から出力への電圧範囲がそれぞれ800/48と400/48に適しているため、これには大きな利点があります。 この範囲で調整されたコンバーターを使用することは、非効率的であるだけでなく、熱管理に大きな問題をもたらします。
400Vまたは800Vの配電の安全要件により、この高電圧絶縁コンバーターを分散させることは非常に困難であるだけでなく、コストも非常に高くなります。 ただし、高出力の集中型固定比コンバーターは、大型の「シルバーボックス」DC-DCコンバーターの代わりにパワーモジュールを使用して設計できます。
適切な粒度と拡張性を備えたパワーモジュールを開発し、さまざまなパワートレインとシャーシの帯電要件を持つさまざまな車両に簡単に並列接続できます。 さらに、Vicorの固定比率バスコンバーター（BCM®）も双方向であり、さまざまなエネルギー回生方式をサポートします。 BCMは、正弦振幅コンバーター（SAC™）の高周波ソフトスイッチングトポロジを採用しており、98％を超える効率を実現できます。 彼らはまた2.6kW / inを持っています3 電力密度により、集中型高電圧コンバータのサイズを大幅に削減できます。
Vicorは自動車市場へのサプライヤーであり、最先端で革新的な48Vソリューションを提供しています。 自動車用電源アーキテクチャの分散モジュラーアプローチは、複雑な電源の課題を簡素化し、それによってパフォーマンスと生産性を向上させ、市場投入までの時間を短縮します。 Vicorは、48V電力変換のリーダーであり、電源アーキテクチャ、電力変換トポロジ、制御システム、およびパッケージングの革新を続けています。
