随着汽车系统对电源的需求不断增长、政府对温室气体排放的要求越来越严格，以及从机械部件转换到电气功能来缩减尺寸和重量，传统的 12V 汽车铅酸电池已达到可用功率限制。^{[1, 2]}为了解决这一功率限制问题，汽车制造商正在开发一个双电压电气平台，该平台将较小的 12V 电池（用于与现有系统兼容）与运行高功率负载的 48V 锂离子电池包组合在一起，其中包括：

• 动力总成 — 超级充电和再生制动。
• 底盘/安全 — 主动式翻滚抑制系统和自动驾驶系统，例如雷达、摄像头、激光雷达和超声波传感器系统。

如图 1 中所示，这种双总线架构提供了一种途径，可提高传统汽油或柴油内燃机 (ICE) 车辆的性能，而安装全混合动力总成对成本和重量造成的不利影响更小。^{[3, 4]}这种轻混合动力电动汽车 (mHEV) 架构涉及动力总成相对不显眼的电气化。此外，由于稳态电压低于 60V 时，该系统不被指定为“高电压系统”。

因此，mHEV 系统需要：

• 更少的绝缘保护工作。
• 尺寸较小且增量成本更少的电气元件。
• 设计更紧凑，因为与高压混合动力解决方案相比，各个元件之间的间隙更小。

如图 1 所示，一个集成带式起动发电机 (BISG) 向 48V 板网 (BN48) 和电池提供回收能量。这种配置还可以通过皮带耦合到发动机的前端附件驱动，从而实现一定程度的扭矩辅助。这称为 P0 配置。^{[5,6 ]}其他拓扑被指定为 P1、P2、P3 或 P4，其中的电机可能耦合到曲轴、变速系统或后轴驱动。

电流控制型降压/升压稳压器（加上安全开关）^{[2, 7]}可在图 1 中的 BN12 (12V) 和 BN48 (48V) 端口之间提供双向电源传输能力，从而使两个电池能够在需要时同时供电。该稳压器的基本半桥开关单元可通过支持多个并联相位进行扩展，从而满足更高的电流需求。请注意，低压系统和高压系统有一个公共接地，并且接地端子通过物理上独立的接地螺栓/连接进行连接。^{[3, 4]}

图 1 mHEV 双电池系统的简化示例

本文重点介绍为 48V 侧信号路径和控制电路供电的隔离式电源。所述的初级侧稳压 (PSR) 反激式转换器系列具有简单、多用途、解决方案尺寸小、噪声低、可靠性高且物料清单成本低等特性。

与需要增强型隔离以实现电击保护和安全的高电压 HEV 系统不同，mHEV 中的功率级是非隔离式的，因此降低了总体系统和维护成本。但是，mHEV 系统中控制电路的功能级隔离通过提高抗噪性能来提高稳健性，尤其是在逆变器/整流器和直流/直流功率级中具有高压摆率开关电压和电流时。隔离还减少了各种子系统之间的接地回路，并减轻了静电放电和电快速瞬变。与电弧和熔断有关的具体关切领域也很重要。为了增加一些视角，图 2 详细介绍了起动机发电机系统的基本子系统。^[6,7]

图 2 中有一条红色虚线，用于指示 12V 侧和 48V 侧之间的隔离边界。源自 12V 电池的隔离式电源通常作为反激式转换器实现，用于为 48V 侧的辅助偏置电源轨提供冗余和容错备份，典型输出电压设定值为 12V。该辅助电源轨通常由 48V 电池使用降压转换器提供，用于为系统基础芯片供电，而该芯片又为嵌入式处理子系统以及各种监控和检测电路供电。根据每个电池的充电状态（例如，长期停车后）、启动注意事项、故障管理和其他因素，动力总成控制单元可能会根据需要启用或禁用反激式转换器。

隔离对于车辆通信网络也很有用，尤其是在处理 12V 或 48V 侧的接地电压偏移或接地失效故障时。^[3]最后，随着 mHEV 系统中电机发电机的功率水平提高到 30kW，集成在电机发电机中的逆变器/整流器级高侧开关栅极驱动器也将受益于隔离。UCC20225A-Q1 是一个适用于 48V 应用的隔离式双通道栅极驱动器示例。在这里，反激式转换器的多输出功能非常有用，尤其是在需要浮动或双极栅极驱动电压时。

图 2 起动机发电机系统框图（以红色突出显示的隔离式直流/直流级）