無論是從2kW的鉛酸電池來冷啟動傳統發動機，還是從400kW以上的400V鋰離子電池讓電動汽車在「急速」模式下達到最高的性能，車輛的峰值功率都可能極高。任何電池的容量都有限制，因此大力開發功率轉換器以提高效率、減少重量和尺寸，并采用最新的半導體技術逐步減少損耗，這一切都吸引了眾人的目光。汽車電子產品當然還必須在嚴苛的環境中可靠地工作，同時遵循國際和OEM特定的質量控制標準。通過布局、設計、制造確保產品的可靠性。

車載DC／DC轉換器

除主動力總成系統以外，車輛的功率轉換級別有很多種：以12V至48V低壓電源來說，輔助DC／DC發電機和轉換器可為無鑰匙進入系統、高級駕駛員輔助系統（ADAS）或信息娛樂系統供應低電壓（圖1）。而在更高的400V系統中，電動汽車的電池管理系統（BMS）要隔離良好的內務管理電源。最基本的功率等級可能只有幾瓦，但所采用的DC／DC轉換器的效率應該與大功率傳動系統的相同以保持低溫和高可靠性。許多低功率轉換器的工作環境跟功率轉換器相似，要應付溫度大幅變化以及具備相同的抗沖擊性和抗震能力。板級上的轉換器通常沒有傳導冷卻或強制冷卻，經常處于密閉環境僅依靠對流來冷卻。有趣的是，隨著車輛中電子設備數量新增，低功率轉換器在汽車應用上的功能與IT、工業甚至商用轉換器的功能越來越趨于一致。

例如，為CAN總線和以太網總線通信網絡供應5V隔離電源，為處理器、FpGA和ASIC供應低于1V的電源，以及為舊設備和娛樂系統供應12V的電源，以上都有要求要符合。隨著開發出各種新型純電動和混合動力汽車，設備設計人員正在尋找模塊化DC／DC轉換器，使用預認證的方式加快上市速度，成本卻不會比分立式設計來得高。作為DC／DC轉換器歷史悠久的制造商，RECOM正致力于這一市場。

圖1：汽車環境中的低功率DC／DC轉換器

車輛之電力電子環境

模塊化DC／DC轉換器市場很廣，包含了商用、工業甚至醫療。但是現成部件的輸入電壓范圍通常不適合汽車應用。許多車輛類型中還是很常見12V和24V電池，電壓的變化范圍很廣，最低可以從寒冷環境的「冷啟動」到最高的「重負載」高電壓浪涌值。標準LV124（也稱為VW80000）設置12V標稱鉛酸電池系統的電平，而LV148適用于48V鋰離子電池，這在中度混合電動汽車（SHEV）中越來越常見（圖2）。除了持續重負載工作電壓范圍外，還有兩個極性但能量較低的快速瞬態電壓。ISO－7637－2和ISO16750－2為適用于電源線的標準。

圖2：符合LV124和LV148的車輛電壓

雖然標準的4：1電信轉換器可應付大多數標稱12V的輸入電壓，但只有專為汽車設計的DC／DC產品才能滿足所有12V（9－36V）的電壓變化。48V鋰離子電池的電壓范圍有更嚴格的限制，因此20－60V輸入的3：1模塊電源才適用于48V系統。汽車規格通常還包括反向電壓保護以及快速高壓瞬變抗擾度，因此在任何情況下通常都要外部保護或濾波網絡。LV標準還規定了各種壓降、緩慢變化的電壓條件以及頻率范圍為15Hz至200kHz、高達6V峰峰值的疊加交流電壓。而低功率轉換器已經有集成可用的濾波和保護功能，可以為其他設備供電。

電磁兼容性（EMC）是汽車系統的關鍵要素，而DC／DC轉換器為了效率采用開關模式，成為潛在的干擾源。符合CISpR－25的排放限制是常見的要求，除了標準DC／DC模塊的內置功能以外，通常還要高頻濾波。轉換器還必須對規定的EMI傳導和輻射等級以及靜電放電具備足夠的抗擾性。制造商如RECOM是DC／DC轉換器和EMC的濾波專家，供應符合各種EMC標準的濾波器設計實例和演示板。汽車應用的環境條件與其他領域大不相同，在某些情況下甚至可以比軍規苛刻，很大一部分成本可能會花在冷卻和防振裝置上。工業級DC／DC似乎最適合車用，工作溫度通常在－40°C至＋85°C或更高。工業環境相對恒定，而車輛的不同區域的溫度會大幅變化，如在極寒的環境下啟動后迅速從零下變到高溫，或太陽底下的汽車在開冷氣之后從高溫降到低溫。汽車的機械沖擊和振動要求也很嚴苛，工業標準不足以滿足要求。

ISO16750－3是機械沖擊、振動和其他條件（包括碎石轟擊）的道路車輛標準，嚴重級別因應用不同而定。然而，該標準是以傳統活塞發動機和隨之產生的振動信號為基礎，因此在某些方面可能不適用電動汽車。標準含義從－40°C到應用的最高環境溫度的范圍之內，在特定頻率下加速最高為200m／s2，機械沖擊適用所有的車輛類型。但是商用車變速箱的最嚴重情況是它可能持續1ms高達50，000m／s2（5，100g）。

電源轉換器的AEC－Q測試

用于關鍵應用（例如安全系統和發動機控制）的功率轉換器通常是分立式設計，嵌入在其他電子設備中并由獲得壓力測試認證的器件組成。考慮使用DC／DC模塊的時候，轉換器通常要進行特定的設計和測試才能滿足汽車質量、電氣、環境以及EMC的要求。汽車電子委員會［1］公布了電子應力測試規范的標準。AEC是由克萊斯勒、福特和德科電子于1990年代成立，制定了汽車業電子零件的質量和認證標準。AEC－Q采用了汽車工程師協會（SAE）和IEC／ISO的標準以及符合IATF16949：2016的質量體系，為零件制造商制定了進入汽車業的最低要求。

但是AEC－Q標準并不直接適用于DC／DC轉換器，因此制造商必須選擇最相關的標準，通常是IC的AEC－Q100或無源元件的AEC－Q200（表1）。

表1：AEC－Q標準之器件應力測試認證規范

無源組件AEC－Q200和附件001至007涵蓋了各種零件和測試方式。應用是以溫度進行了分級（表2）。請注意0級零件的溫度為＋150°C，比AEC－Q100制定的集成電路溫度高了10度。

表2：符合AEC－Q200認證的器件溫度等級

AEC－Q標準是由供應商進行自我認證來證明其符合性，而非由測試機構使用。而且這些標準對各個階層的汽車客戶來說是最基本的，因此可能針對特定應用提出進一步的器件認證要求。盡管有許多的汽車專用測試，但AEC－Q還參考了其他標準的測試方式，例如MIL－STD－883、JEDEC、JESD、IpC以及UL。RECOM最近對多種車載DC／DC轉換器進行了認證。以R－78Q5．0－0．3為例，它是一種高效的非隔離式DC／DC轉換器，具有6．5V至72V的超寬輸入范圍以及0．3A和5V輸出，適用于12V或24V鉛酸蓄電池。由于引腳與三端線性穩壓器兼容，因此它也適合直接連接至中度混合電動汽車的48V電池。極寬的11：1輸入電壓范圍可以節省輸入過壓鉗位器件的成本。

熱沖擊循環是汽車應力測試認證的關鍵部分。RECOM使用的規格如圖3所示。R－78Q和RAQ最近成功完成了所需的1000次循環測試。表3列出了符合AEC－Q200的R－78Q完整測試計劃。

表3：RECOMR－78Q5．0－0．3的AEC－Q200測試計劃

圖3：RECOMDC／DC轉換器的AEC－Q認證熱循環曲線

另一個汽車認證的RECOM部件是RAQ－0505S／H（圖4），這是一款用于一般汽車的隔離式DC／DC轉換器，5VDC輸入，以1W的功率供應未穩壓的5V輸出，同時具有持續短路保護。該器件的典型應用是給CAN總線供應隔離的5V電壓。RAQ－0505S／H的AEC－Q測試條款與R－78Q類似，包括了AEC－Q200和AEC－Q104的相關要求。后者是較新的標準，于2017年九月公布，涵蓋了具備有源和無源組件的「多芯片」模塊，這些模塊將有源和無源器件組合到封裝中，回流焊接到印刷電路板上。

圖4：RECOMRAQ－0505S／H汽車級DC／DC轉換器

SMT轉換器的隔離等級為5kVDC／1s（2．8kVAC／1min），爬電距離＞4mm，可以持續承受輸入和輸出之間的高壓電池的電壓差。重要應用是給電動汽車電池管理系統的高壓側電流傳感器供電（圖5）。傳感器電路比系統接地高400V電池電壓，而且要一個5V隔離電源。

圖5：使用RAQ－0505S的高壓側電池電流傳感器

RAQ－0505S／H可以在－40°C至＋105°C的溫度范圍內滿載工作，使用壽命、沖擊、振動、電路板彎曲和熱循環（1000次）皆獲得了AEC－Q200設計驗證。DC／DC轉換器通過了IEC60950－1的「基本」絕緣認證，輻射符合CISpR－25第3級和EN55032標準，并具備一個簡單的外部濾波器。根據MIL－HDBK217F，在25°C可靠性達到驚人的1170萬小時。

質量要求－IATF16949：2016和ppAp

進入汽車市場的零部件供應商應持有國際汽車工作組的IATF16949：2016標準所含義的質量系統認證。該標準是ISO9001的延伸并以流程為導向，適用于整個組織，從管理領導到制造流程以及售后支持。認證是一個漫長的過程，要大量的文檔、內部審核和外部評估，并且質量管理系統必須在規定的時間內證明合乎規定，然后再授予認證。供應商還必須維護生產管理程序（ppAp），該程序管控生產前、生產過程和生產后的設計和工藝。關于流程或生產變更，有五個提交等級要求供應商采取不同的措施（表4）。在工業電源市場中，RECOM在臺灣的制造基地是獨一無二的，不僅擁有完整的IATF16949：2016認證，還以ppAp系統來管理汽車產品。

表4：ppAp提交等級

其它汽車應用的RECOM產品

RECOM其他的系列產品也經通過類似汽車級器件的、高加速壽命（HALT）和生產測試，并由同一個汽車認證的廠生產，因此這些高端工業級DC／DC模塊可以在車輛或充電站的控制和檢測中使用。舉例來說，RKE系列普遍應用在CAN總線隔離器，RB－系列安裝在汽車漏電流檢測器的電路中，而Rp－和RKE－部件則使用在車載充電器。

寬輸入DC／DC轉換器適合搭配具有濾波器的12V和48V汽車標稱電壓，例如16－36V或18－75V輸入的REC15E－Z，另外RAC系列的AC／DC轉換器是汽車充電器電路中的輔助電源。輸入范圍高達528VAC的RAC05－05SK／480是一個特別有用的器件，可以連接在三相充電器的各相之間為電路供電，電路檢測到車輛連接后會啟動充電器。這樣就可以使用無零線連接的L1／L2／L3／pE電源。

RECOM之姊妹公司powerControlSystems致力于雙向AC／DC應用

powerControlSystems［2］現在是RECOM集團的一部分，是一家供應定制大功率電源給要求高可靠性的鐵路、醫療、特種和能源市場的歷史悠久的供應商。最近推出一款10kW雙向AC／DC轉換器（圖6）。初始版本具有三相交流輸入和20V500A輸出。該電源實現雙向調節來控制新電池的充放電。有機會應用在電動汽車的交互式家用充電。例如，電動汽車可以以選定的低電價或以太陽能充電，然后在電價高時將多余的電力退回或反饋給電網。該產品具有數字接口用來控制和監控充電和放電周期。

圖6：powerControlSystems的10kW雙向AC／DC

RECOM模塊化轉換器可節省時間和金錢

RECOM［3］的模塊化電源轉換器可以成為經濟高效的汽車應用解決方案，價格不但具有競爭力同時還能節省開發和認證時間，擁有成本比分立式解決方案來得更低。收購了powerControlSystems之后，RECOM集團能夠供應1W至10kW的產品以及符合AEC－Q的產品組合。