【導讀】汽車電動化、ADAS及網聯技術發展
，使電氣係統麵臨功率、安全與能效挑戰
，傳統集中式配電架構弊端凸顯。分區控製架構成為行業變革方向

，其落地需創新配電組件支撐。本文將通過背靠背（B2B）MOSFET配置構建雙向電源開關（BPS），實現48V/150A雙向傳輸與對稱電壓阻斷，兼具多重安全保護；後續將從BPS概念、PRS實現方法及實驗驗證，解析該方案如何破解配電難題。

傳統的集中式配電架構依賴於大量的線束和集中式控製單元，由於布線的複雜性、線束重量和擴展性限製，集中式配電架構的可行性變得越來越低。

weileyingduizhexietiaozhan，qichexingyezhengzhuanxiangfenqukongzhidianqixitongjiagou。anzhaozhezhongqukongjiagougainian
，cheliangdedianqixitongbeihuafenweiduogekongzhiqu，meigekongquweicheliangdetedingzixitonghuoquyugongdian。

這zhe種zhong分fen區qu設she計ji降jiang低di了le布bu線xian複fu雜za性xing和he線xian束shu重zhong量liang，提ti高gao了le係xi統tong的de維wei護hu便bian利li性xing，並bing增zeng強qiang了le故gu障zhang隔ge離li能neng力li。然ran而er，分fen區qu架jia構gou需xu要yao創chuang新xin的de配pei電dian組zu件jian

，滿man足zu在zai嚴yan格ge的de汽qi車che標biao準zhun下xia，靈ling活huo、安全、高效運行的要求。

區控架構中的電源軌開關

電源軌開關 (PRS)是分區控製架構中的一個關鍵元件，充當一個可控製的跨多條負載線的配電節點。PRS開(kai)關(guan)必(bi)須(xu)支(zhi)持(chi)雙(shuang)向(xiang)電(dian)流(liu)，以(yi)適(shi)應(ying)動(dong)態(tai)電(dian)源(yuan)路(lu)由(you)和(he)故(gu)障(zhang)管(guan)理(li)場(chang)景(jing)。電(dian)源(yuan)軌(gui)開(kai)關(guan)還(hai)需(xu)要(yao)提(ti)供(gong)穩(wen)健(jian)的(de)安(an)全(quan)保(bao)護(hu)機(ji)製(zhi)，實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)隔(ge)離(li)故(gu)障(zhang)，並(bing)保(bao)持(chi)係(xi)統(tong)整(zheng)體(ti)穩(wen)定(ding)性(xing)。

意法半導體的STi²Fuse 智能保險絲為滿足這些挑戰性要求而專門設計，集成了先進的軟硬件功能，實現精確控製、實時診斷和快速故障響應。

本文討論的PRS開關解決方案利用四個采用背靠背 (B2B) 配置的 STi²Fuse 器件構成雙向電源開關，能夠處理兩條不同的輸電路徑，在 48V 電壓下，電流高達 150A。

這種 B2B MOSFET 配置在關斷狀態下提供對稱電壓阻斷能力，在導通狀態下支持雙向電流傳輸
，有效地複製了理想雙向電源開關 (BPS) 的工作特性。

1.雙向電源開關（BPS）概念

BPS是一個有源開關，在導通時

，可以雙向傳導電流；在關斷時，可以雙向阻止電流（圖 1）。

圖 1 雙向電源開關簡圖

在 BPS 的理想簡圖中

，線路 L 和線路 R兩條線路是可互換的輸入端和輸出端。

圖2和圖3所示分別是導通狀態和關斷狀態下的BPS特性圖。

圖2：導通狀態下的BPS特性圖

圖3：關斷狀態下的BPS特性圖

通過共用漏極和背靠背 (B2B)配置，兩個N 溝道 MOSFET開關管構成一個BPS開關(圖4)。

圖 4：在B2B配置中的兩個 N 溝道 MOSFET

該配置提供與BPS類似的對稱關斷狀態阻斷特性。通過驅動電路控製柵極G1和G2
，可以創建一條可控雙向線路
，如圖5所示：

圖 5： 可控雙向線路示意圖。

柵極驅動器確保開關和保護控製精確，使 B2B 配置成為汽車配電應用的理想選擇。

2.電源軌開關 (PRS) 的實現方法

如圖 6 所示，PRS配置的實現方法是采用兩條共用連接節點的雙向線路，並使用 STi2Fuse 控製器 VNF1248F 驅動 MOSFET 柵極。

圖6： 電源軌開關示意圖。

四個 VNF1248F 器件控製柵極信號和保護機製，以確保開關在故障條件下安全運行，安全保護功能包括：

過流（OVC）保護和硬短路（HSC）保護，用於檢測電流異常事故。

電流時間鎖斷保護，用於模擬保險絲功能，可通過 SPI（串行外設接口）配置該功能的全部參數。

熱管理功能
，用於啟動外部 MOSFET開關管的過熱關斷功能。

實驗結果

測量硬件是一個三層疊裝電路板：

一個預裝專用固件的微控製器板

一塊安裝STi2Fuse控製器的驅動板

一塊集成MOSFET 的功率板。

圖形用戶界麵 (GUI)軟件用於設置四個 VNF1248F 控製器，並提供實時診斷反饋。

圖7所示是驅動板。

圖 7：PRS 控製器評估板。

當兩條電源軌都出現短路時
，VNF1248F器件將會做出反應，保護負載的安全。反應時間會隨著過電流增大而縮短，智能保險絲內的 I²t 曲線配置決定反應時間。

表1列出了主要實驗數據。

表1：智能保險絲反應時間實驗數據。

I²t 保護測試表明
，當發生高電流故障(最高85A)時
，最小反應時間是10微秒，證實 PRS 能夠快速斷開故障線路，同時保持係統整體穩定性。

如圖 8 所示，當隻有一條電源軌(L2)出現短路時，VNF1248F器件就會隔離這條故障電源軌
，保護負載的安全
，同時，另一條正常的電源軌 (L1)繼續供電
，維持負載功能正常運行。

圖8 ：電源軌硬短路保護（L2）。

測試分三步進行：

第一步：正常工作

L1 和 L2兩條電源軌都運行正常。

連到電路的燈亮，表明電流傳輸正常。

智能保險絲 1 和 3 的柵極都處於工作狀態，允許電流流動。

第二步：L2發生硬短路

L2突然接地（硬短路）

智能保險絲 3 檢測到短路後鎖斷，強製柵極拉低電平
，阻斷電流，保護電路。

第三步：故障隔離

智能保險絲 3 將 L2 斷開

，有效隔離短路。

係統的其餘部分仍然受到保護並正常運行

正常電源軌（L1）繼續為燈供電
，燈保持點亮
，這個測試演示了係統的容錯能力和選擇性保護功能。

圖 9 所示是在L2 硬短路事件期間測得的電壓和電流波形。

圖9：在L2線路硬短路事件期間測量的波形。

盡管 L2 發生故障
，但是正常的電源軌 (L1) 保持穩定的電壓和電流，確保持續向負載供電（燈保持點亮），這證明在維持係統運行和防止故障方麵，雙向電源開關和智能保險絲配置是有效的。

結論

本文介紹了一種創新的汽車區控架構配電解決方案，該方案利用意法半導體的 STi²Fuse 智能保險絲
，配合背靠背 MOSFET配置，實現一個雙向電源軌開關(PRS)。該PRS解決方案配電靈活、安全，具有對稱電壓阻斷和雙向電流功能。

實驗結果顯示
，該方案的故障檢測速度快，隔離時間低至 10 微秒，負載保護能力穩健，係統穩定性出色，可以有效滿足現代汽車電氣係統不斷變化的需求，為下一代區控架構帶來更高的可靠性、可擴展性和安全性。