基于Vishay 1KW-DCDC-48V12V转换器的双向电源设计技术解析

Vishay/Dale 1KW-DCDC-48V12V降压-升压转换器具有两个模块功率级（每个额定功率为500W），并提供转换器参考设计。两个相位的对称交错降低了电流纹波，每个相位均具有保护MOSFET，可在发生故障时隔离相位并限制浪涌电流。该款1kW、48V/12V降压-升压转换器可在降压和升压操作之间自动切换，开关频率为160kHz，外形小巧。随着双板网系统（同时具有12V和48V总线的车辆）越来越受欢迎，大功率双向48V至12V DC/DC转换器已成为当今汽车架构的重要构件。必须在12V和48V电池之间来回传输能量，以尽可能提高车辆整体效率，通过Vishay/Dale的1KW-DCDC-48V12V转换器设计就可以实现这一目标。

数据手册：*附件：Vishay ， Dale 1KW-DCDC-48V12V转换器参考设计数据手册.pdf

特性

• 双向48V至12V转换器
• 双相交错工作
• 自动降压和升压选择
• 电压和电流调节
• 浪涌电流控制
• 过压和过流保护

原理图

引脚配置

基于Vishay 1KW-DCDC-48V12V转换器的双向电源设计技术解析‌

一、核心架构与设计原理

1. 双向能量传输机制

该转换器采用同步双相交错降压/升压拓扑，通过LT8228控制器驱动两路独立功率级，每相配置隔离保护MOSFET（SQJQ112E/SQJQ140E）实现故障快速响应。独创的自动模式切换算法可根据12V/48V电池状态实时选择降压或升压方向：当48V总线电压高于12V时自动进入降压模式，反之则切换至升压模式，动态优化整车能量流。

2. 交错并联技术突破

• ‌纹波抑制‌：两相185 kHz开关频率交错运行，配合4.7 μH IHLP-6767电感和2.2 μH IHLP-1212阻尼网络，将输入输出电流纹波降低至传统方案的40%以下
• ‌容错设计‌：每相配备独立保护MOSFET，单相故障时可自动隔离并维持50%功率输出
• ‌浪涌控制‌：DC-Link电容采用分级充电策略，通过300 mΩ限流电阻抑制启动冲击电流

二、关键元器件选型策略

1. 功率器件优化组合

• ‌48V侧MOSFET‌：SQJQ112E凭借宽安全工作区特性，专门应对电容涌流冲击
• ‌12V侧MOSFET‌：SQJQ140E的0.44 mΩ超低导通电阻，保障40A/相持续电流下的效率≥96%
• ‌桥臂开关管‌：四路SQJA90EP并联设计，通过降低米勒电容将开关损耗减少27%

2. 电容网络创新配置

位置	核心器件	技术特性
48V DC-Link	10×22 μF MAL218297802E3	ESR 80 mΩ, 1.5 ARMS纹波承受能力
12V DC-Link	5×47 μF T51D476M025C0060	60 mΩ ESR, 2.7 ARMS功率密度
阻尼电路	220 μF MAL214699808E3+300 mΩ电阻	抑制高频振荡

三、系统保护与控制逻辑

1. 多重保护机制

• ‌电压保护‌：48V欠压检测点35V，12V欠压检测点8V，过压保护阈值覆盖全工作范围
• ‌电流保护‌：降压模式输入限流26A，输出限流79A；升压模式输入限流89A，输出限流18A
• ‌热管理‌：六层2 oz铜厚PCB配合导热界面材料，确保散热片温度≤60℃

2. 智能接口设计

‌ST2控制逻辑电源接口‌：

• /Enable引脚接地启用转换器，悬空禁用（内部5V上拉）
• /Boost引脚接地强制升压模式，8-56V电压强制降压模式，悬空进入自动模式
• 隔离电源要求：+V_IN（12-56V）需独立参考GND端子

四、应用场景实操指南

1. 汽车双总线系统部署

• ‌线径规范‌：12V连接使用≥16 mm²电缆，48V连接使用≥4 mm²电缆
• ‌接地策略‌：12V/48V接地线需就近连接转换器GND端子，防止大电流变化引起共模干扰
• ‌负载适配‌：电子负载电压需设置高于20V（48V侧）或8V（12V侧）

2. 工业电源解决方案

适用于服务器计算、基站电源等场景，其紧凑型结构（185 kHz高频开关）与-25℃至+40℃宽温域特性，满足恶劣环境下的稳定运行需求

五、性能测试数据验证

在25℃环境温度下实测关键参数：

• ‌降压模式效率‌：48V转12V时峰值效率达97.2%
• ‌升压动态响应‌：12V至48V切换过程中输出电压超调<5%
• ‌持续带载能力‌：1000W满功率运行下温升≤35K