高密度电源模块推动主动悬架技术日趋成熟

想象一下，您和几位朋友正驾驶着经济型轿车去往城市旅行，却遇到了一段极其糟糕的路面。就在您经历有史以来最颠簸的旅程时，一辆高档轿车却轻松地以两倍的速度驶过。您心想，“那肯定不舒服”，但随后注意到一个奇怪的现象：这辆轿车在这条糟糕的道路上滑行，车轮吸收了所有的冲击，而车身竟然在漂浮！随着每一次颠簸，车轮似乎都能神奇地随路面起伏而上下移动，宛如私人飞机般巡航。这是怎么回事？它是怎么做到的呢？

秘诀在于它采用的主动悬架系统。由于电源方面的挑战，这种高级功能目前仅在约 10% 的车辆中得到了应用。为了将这项技术推广到更多的汽车平台，原始设备制造商需要设计一套更轻、更实惠、更高效的电源系统。Vicor 新推出一款高功率密度车规级电源模块，可以帮助原始设备制造商实现这一突破，解决困扰汽车行业数十年的电源难题。

主动悬架系统的挑战

主动悬架系统需要复杂的软件、传感器和机电硬件。这些组件能够即时同步，以提供优质的驾乘体验。每个车轮都配备了一个可编程元件，可以是液压执行器、电机，或可调节的减震器。这些元件连接到一个摄像头（或传感器），它可以检测到前方道路上的凹凸不平情况，然后“告知”车辆。这样，车辆就能够根据路面状况预测性地调整悬架，从而确保司乘人员不会感受到颠簸。这项技术并不新鲜。事实上，它以液压气动的形式存在了半个多世纪，并且由以优质音频闻名的 Bose 公司率先推出。

20 世纪 90 年代，Bose 将一种基于电磁铁的主动悬架系统安装在原型车上。这个概念被称为“Project Sound”，展示了电磁驱动器在高负载应用中的能力，类似于著名的磁悬浮列车。然而，Project Sound 也暴露了主动悬架系统的最大缺陷：电源系统的复杂性和重量。

每个车轮都需要一个重达 90千克的电磁电机！车重额外增加 360千克，会显著降低燃油效率，而且短期内无法实现。此外，12V 电池也无法满足这种系统的电力需求。

利用现代电气化电源设计推进主动悬架

到了 2024 年，多家原始设备制造商已经能够使用替代技术模仿与 Bose 相同的驾乘体验。所有这些设计都大大减轻了电磁系统的重量，但供电和电源转换设备的重量仍然是一个难题。

虽然汽车制造商可以通过 12V 系统为汽车的主动悬架提供必要的电源，但大多数系统仍然过于笨重，难以广泛应用。例如，燃油车需要额外的大型辅助电池和专用的 DC-DC 转换器为主动悬架供电，这会增加近 14千克的重量，显然过于沉重。然而，在电动汽车设计中，情况有所不同，因为大型辅助电池是车辆电源系统的基础，并且可以支持各种其他负载。

轻混合动力汽车是现代高效车辆一个很好的例子，它利用 48V 辅助电池为众多豪华电子设备和主动悬架系统供电。在这种设计中，辅助电池直接为主动悬架系统提供 48V 电源。然而，大型车辆系统设计的一个缺点是，它们普遍使用的依然是 12V 的母线。这导致车辆中需要额外的 DC-DC 转换器。此外，主动悬架供电网络（PDN）重约 20 千克，占据约 18 升的空间。

另一种方法是插电式混合动力汽车中使用的基于 400V 电池的主动悬架系统。在这种情况下，主动悬架系统直接连接到汽车的 400V 电池，这虽然高效，但需要原始设备制造商在整个汽车内部铺设又重又贵的高压电缆。此外，使用 400V 电池还会增加维修和急救人员的风险。尽管这种方法有效，但基于 48V 电池的主动悬架系统在短期内更有可能成为行业标准。这种系统由 800V 或 400V 的主电池和 DC-DC 转换器提供电力。

需要注意的是，将主动悬架系统直接连接到电池的最大优势之一是能量回收。就像弹簧能够吸收和释放能量一样，主动悬架系统也能够吸收能量，并将其储存在电池中。尽管从技术角度来看，这可以通过 DC-DC 转换器来实现，但很少有制造商能够设计出瞬态响应足够快、转换速率和功效足够高的系统，以管理设备与电源之间的双向功率流动。（图1）

图1：新的 Vicor BCM6135 能够将主动悬架系统的尺寸和重量减少 50%，并提供高效能量回收所需的对称双向功率流动。由于 BCM6135 具备 800 万安培/秒的高转换速率，该系统能够实现与直接电缆连接几乎相同的双向电力传输，从而实现能量回收，而无需依赖辅助电池或高压电缆。相比之下，其他任何主动悬架供电网络在能量回收方面都无法达到如此高的效率水平。

电源模块与 48V 架构驱动下一代主动悬架

搭载 Vicor 电源模块的新型高性能车辆采用先进的主动悬架供电解决方案。Vicor 的 DC-DC 转换器不仅能够满足功率和瞬态响应要求，以优化能量回收，还具备业内最高的功率密度，使原始设备制造商能够在 PDN 设计中减轻重量，节省空间。

Vicor BCM6135 是一款效率高达 98% 的 2.5kW 隔离式固定比率 BCM® 母线转换器，能够将牵引电池的 800V 电压转换为 48V（图 2）。该转换器本身具有双向转换功能，其电流瞬态响应速率高达 800 万安培/秒，可完美匹配电动汽车主动悬架系统的功率需求。该系统能够快速捕获和响应电力需求，在几分之一秒内提供电力，并且可以在任一方向提供高达 2.5kW 的功率，从而最大限度地提高能量回收率。凭借极高的转换速率和无与伦比的效率，BCM6135 可以实现几乎与直接电缆连接相同的双向电力传输，而无需依赖辅助 48V 电池或高压电缆。在能量回收方面，其他任何主动悬架供电网络都无法达到如此高的效率水平。

通过48V架构和新型可扩展高功率密度产品进行创新

我们正在进入一个汽车电气化的新时代，电池驱动汽车与 48V 区域架构相结合，创造了新的创新机会。目前，主动悬架系统仅存在于高档汽车中，但很快将在普通车型中普及。随着行业向汽车电气化转型，主动悬架系统将像防抱死制动系统一样，从昂贵的豪华功能转变为标准配置。Vicor 的电源模块将助力这一目标的实现，通过新发布的车规级 DC-DC 电源模块 BCM1635 和 48V DC-DC 稳压器 DCM3735 及 PRM3735（图 3），为 OEM 提供支持。