新一代车辆正经历多项重大架构变革，以支持车辆自主驾驶、个性化座舱体验、更快的充电速度和更长的单次充电续航里程。为满足日益增长的数据处理需求，车辆辅助系统正转向48V电压，以解决线束带来的重量和功耗难题。在同等功率水平下(P=IV)，电压提升四倍，相应电流减少至四分之一——这使得I²R损耗大幅降低。更高电压还允许使用更细规格的电线，节省宝贵的重量和原材料。

"随着需要处理的数据增多，峰值功率增长10倍，线束变得异常沉重，以至于在极端情况下，主机厂在制造过程中不得不使用起重机将其安装到车内。"Cirrus Logic(一家在模拟、混合信号和音频DSP集成电路领域拥有悠久专业历史的无晶圆厂公司)的汽车音频放大器高级市场经理Dafydd Roche说道。

Roche认为，向48V架构的转变是不可避免的，且不仅限于电动汽车。这一趋势与动力总成类型无关，其驱动因素是所有车型对边缘感知和AI的处理需求不断增长，同时也旨在提升音频质量。

"另一个主要的架构变革是从完全分布式(一个ECU对应一个功能)向高性能计算——区域架构的转变，这使得车辆系统设计更具扩展性，并进一步优化了车辆线束。"Roche解释道，阐述了基于车内物理"区域"的功能整合对当前计算密集型汽车处理器带来的益处。

视频、雷达和激光雷达等数据密集型边缘传感器，连同AI处理器，如今功耗高达以前的10倍，并需要从海量数据流中产生近乎实时的推断。"为每个区域提供更高的电压和更低的电流，可以节省重量并提高能效。"Roche说。

48V带来更佳的热管理性能

Roche解释了48V在音频方面的一个主要优势："由于12V电压很低，最终你会得到阻抗非常低的扬声器，通常在2、3、4Ω范围。达到高瓦数峰值所需的电流急剧增加——在某些情况下，每只扬声器高达10安培或更多。这对热管理有直接影响，因为其主要由I²R损耗决定。"

基于48V的系统使得许多扬声器可以转向8Ω，直接好处是改善了热管理。例如，原本需要向2Ω负载提供10A电流的低音炮，现在可以使用8Ω负载。

在此示例中，对于相同的输出功率(和声压级)，电流(I)变为原来的1/4。公式中的平方项产生了显著影响，使得我们可以将热损耗降低至旧有12V@2Ω扬声器的1/16。

实现这种电流的大幅降低需要使用更高阻抗的扬声器，这是目前向主机厂提供完整扬声器和放大器解决方案的一级供应商正在应对的挑战。

动态范围优势

Roche分享了48V架构的另一个主要优势：提升动态范围。"一级供应商已对48V的应用进行了内部研究，并确认更高电压有助于实现更好的瞬态响应和更有冲击力的音频。"这使得车载音频拥有更宽的动态范围，从而带来更清晰的声音质量。

采用更高的48V电源轨也消除了在12V下运行时必需的信号压缩问题。"传统上，当用户调高音量时，放大器制造商不得不使用砖墙限制器和压缩，以避免信号削波失真和热影响。这直接限制了内容的动态范围，使音乐显得死气沉沉、缺乏活力。使用48V系统可额外提供12dB的余量，让鼓声和人声真正从混音中脱颖而出，并盖过车辆的路噪。"Roche说。

更高电压带来的挑战

48V解决方案也带来了自身的设计挑战，特别是对于触觉反馈和音频应用中常见的D类放大器。传统的2电平D类放大器在地和电源轨之间切换。即使在音乐的最低电平时刻，放大器仍在这两个电平(地和12V)之间切换。这会直接影响开关损耗，如开通/关断损耗、栅极驱动电荷充放电、体二极管导通、输出电容损耗等。

"放大器的损耗不仅包括高功率输出时的传导损耗，还包括在整个功率输出范围内都有重大负面影响的开关损耗。"Roche说。

他补充道："如果不在架构层面解决这个问题，从地切换到48V将因不同的开关损耗而产生4到16倍的热量，这意味着你的放大器会变得非常热。"

Roche认为，解决这个潜在问题需要认识到，绝大部分时间放大器的工作功率远低于峰值功率。"如果你拿一首像AC/DC的《Back in Black》这样的摇滚乐，将其峰值设为40W，放大器大约93%的时间会工作在5W以下。通过针对这种低功率进行优化，可以更容易地提高音频效率。"

"大多数传统的D类放大器数据手册标称效率为90%或更高。然而，这是峰值功率下的效率，可能只占1%的时间，那么实际的效率到底是多少呢?"Roche说。"在移动领域，你会同时标明1W输出和峰值功率下的效率——这让制造商必须对其放大器的静态电流负责。随着车内通道数量增加，现在是时候在汽车放大器领域也这样做了。"

平衡延迟与效率

接下来还需要考虑延迟问题，不幸的是，延迟常常与效率相冲突。一个例子是行业最新一代集成DSP的D类放大器中使用的前瞻缓冲器，它控制电源轨电压以防止音频削波或失真。这有助于在高功率和低功率模式下优化效率。

Roche举了一个例子：一个需要48V的大鼓声冲击，而系统正从48V降压到12V。改变电源轨不是瞬间完成的，需要时间，这可能导致明显的可听失真。为防止这种情况，使用了前瞻缓冲器;然而，它会增加大约200毫秒的延迟。由此产生的延迟与超低延迟应用(如路噪消除和个人音频区)不兼容，这些应用对时间要求极为苛刻，需要在噪声到达人耳之前发送抗噪声信号。

"我越深入研究向48V的转型，"Roche反思道，"就越认识到，将音频体验也提升到48V，会给整个车辆和用户体验带来更广泛的益处。"

对于音频设计师来说，提供更好、更个性化、更具音乐感的体验成为可能。对于工业设计师来说，被迫为大型散热器留出空间和气流的时代正在缩短。对于采购和制造团队来说，节省成本并减轻车内铜线重量正变得比以往任何时候都更加现实。