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48V系统上车元年:配电芯片市场爆发前夜,国产厂商如何切进英飞凌的蛋糕?

04/22 13:08
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浙江海科电子科技有限公司(简称:海科电子),创立于2018年,是国产化大功率智能配电芯片与发电机总成芯片领域的头部国产供应商,致力成为国产车规级智能功率芯片的引领者。目前主力产品有大功率智能高边开关、电子保险丝控制器芯片、全集成智能电子保险丝芯片、汽车发电机总成芯片等。同时在研发和测试面向未来巨大增量市场的多项核心技术与产品。

2026 年,被行业称为"48V系统上车元年"。随着激光雷达域控制器、空气悬架等高功耗设备普及,传统12V电气架构已逼近极限。更高电压意味着更小电流、更低损耗、更细线束——整车厂算过一笔账:升级到48V后,线束重量可减轻30%,续航直接提升2-3%。但电压升级不是简单换电池,核心在于配电系统的全面重构。智能高边开关、电子保险丝、发电机控制芯片……这些过去由英飞凌、TI、ST把持的器件,正在成为国产替代的新战场。

本期《芯片揭秘》邀请到一位在多家全球功率半导体龙头企业深耕功率芯片多年的老兵,如今投身车规智能配电芯片的国产化浪潮。他拆解了配电芯片的设计难点、车规认证的"死亡测试",以及国产厂商如何在巨头夹缝中撕开一道口子——靠的不是低价,而是对本土车企需求的快速响应与定制化能力。当特斯拉Model Y率先采用48V配电系统,当比亚迪、蔚来紧随其后,一场供应链重构正在上演。而对于国产芯片公司来说,这或许是一个可持续的机会窗口。

欢迎收听对话播客

*以下为播客文字整理版,已获嘉宾确认和授权。

汽车里的“智能管家”:让用电不趴窝

幻实:其实上我们栏目讲车规功率芯片这个概念的公司不下十家。但是你们的材料让我眼前一亮,因为你们没有讲传统的功率芯片、电源芯片,你们上来跟我讲车载配电。所以我觉得今天对我们的栏目粉丝来说,还是会有不一样的收获的。

潘总能不能用通俗的话给我们解释一下,车载配电芯片在整个车载电源体系当中,它扮演一个什么样的角色?以及车载配电芯片的好坏如何影响我们的用车体验。

潘洪亮:通俗来讲,车载配电芯片就像是汽车里的“智能电力管家”。我们知道,传统的汽车主要是靠保险丝、继电器这类“物理开关”来手动进行电力的分配。而我们智能配电芯片,能自动、精准地给车上的各种用电器(比如说车灯、电机,或者加热模块、雷达模块)进行配电。就好比是从传统的人工抄表,升级成了智能电网的自动抄表,特别高效。

幻实:就是用电的状态的这个信号可以马上抓取出来是吗?

潘洪亮:对,也能实时地监控,实时地反馈,这就是它相对比较明显的一个优势。另外就是它的好坏其实可以直接影响到我们的用车体验。比如说我们芯片能快速识别短路故障。避免因为短路发热而导致的比如说车窗失灵、空调骤停等问题。

另外在新能源汽车上,它还能很好地优化我们电池的供电效率。新能源汽车在电的管理上是比较关键的一个技术,配置车载配电芯片也能减少一些续航的损耗。可以简单地说,我们好的一个配电芯片,能让我们的汽车在电力供应这方面不堵车、不趴窝

幻实:其实我们很多时候都在讲电池,很少去讲配电。用芯片的方式来管配电,那是不是像我们家里的电闸一样,不知道我这个理解对不对。那么用芯片的方法做的电池,比传统的那种有什么样的优势呢?

芯片揭秘 创办人曹幻实(右) 对话,海科电子副总经理潘洪亮(左)

高边开关芯片的三板斧:耐用、智能、小巧

潘洪亮:对,您的比喻非常形象。咱们的传统继电器,就像我们家里的一个电闸,更准确地说,就像那种老式的手动电闸。为什么呢?因为每次跳闸之后,我们还要去手动把它扳上去复位,比较传统。而且因为它是一个纯机械的结构,用久了会有机械损耗、磨损失灵。我们的高边开关芯片是一个智能的电子电闸,可以从三个点来概括一下它的优势。

首先是耐用性方面会好很多,因为如刚刚提到,它没有机械的开关。它的寿命能从传统继电器的数十万次,直接上升到百万次的级别,能特别应对我们汽车十年以上的一个使用周期,这是非常符合行业需求的。

第二点,我觉得在智能化方面也是一个很大的优势。刚刚提到它能实时地监控我们的电流温度。比如说我们发现一个车灯的电路过载了,那么它首先会智能化地限流进行保护,而非直接把电切断。这能避免比如说我们在夜间行车的时候,因为突然短路导致灭灯的这种危险。

幻实:短路的这种情况很常见吗?因为我之前从来没有想过车里的电会短路。

潘洪亮:在特定场景下会有。比如在极端天气环境下,有些车经过维修之后,他的防水保护就没那么好,可能会出现短路的情况。像在晚上,下雨天,在山路或者说比较危险的地区,这样危及生命的一些安全因素,是特别值得我们去关注的。

幻实:想想很恐怖啊,车开着开着突然灯就黑了,看不见路了。

潘洪亮:是的,所以现在大家买汽车,安全性能是一个非常重要的考虑点。我们的智能功率开关芯片,非常符合现代化的安全需求。

另外我刚才提到第三点,体积更小也是它比较大的优势。因为咱们一个智能功率开关芯片的体积,只有原先继电器可能不到1/5的体积。在这么小的体积优势下,能更好的帮助我们车企,节省一些安装空间,以及可以间接的减少一些汽车的重量。

幻实:轻也很重要,越轻对电池的依赖度越低。请问你们是靠什么方式来减小体积呢?是自己在封装上面,或者说在这个芯片集成上面有什么独特的技巧能实现这个结果吗?

一体成型还是模块拼装?两大方案满足不同需求

潘洪亮:像我们做高边开关,一般我们会有不同的方案来做,比如说我们用单片集成的,或者功驱合封(功率与驱动一体化,系统级封装 SiP)的来做。这两种方案本质区别是,一种是一体化,一种是组合式形式。在选择的时候,我们也要兼顾一些客户的需求,以及一些技术的实用性。

比如说像单片集成的方案,简单说就是我们把功率器件控制电路都刻在同一个硅片上,这样就会减少一些内部的键合的线,那么它在结构稳定性上会更好一些。

幻实:这就是SoC的做法对吧,片上集成。

潘洪亮:对。这样我们车规芯片可靠性就能大大加强。比如说在震动、高低温等一些恶劣环境下,能把这个故障的风险降到最低。但是这种方式前期的研发投入相对比较大一点,同时芯片的流片风险也更高。

幻实:集成芯片流片一颗相当于传统芯片流片几颗。

潘洪亮:是的,所以相对而言,另外一种方式,即功驱合封的方案,也就是把我们的功率器件和IC控制,通过封装工艺把它拼在一起,就像我们一个模块化积木的形式。这样能根据客户的需求搭配不同的性能器件,使得它在电压、功能上都能得到更多的延展。比如说它能扩展应用到一些燃油汽车用的电压调节器的发电机总成的模块上,也能用到我们的相关的功率芯片上。

潘洪亮:我们当时规划这两条技术线,核心就是我们不想直接一刀切,只做其中一种。因为有的车企追求极高的可靠性,单一的方案更加适合他们。另外有一些车企可能会更需要一些定制化的功能,那么合封方案可能会更加适合他们。像我们之前对接的客户,有一个头部的车企,在某一款车型上,他就需要一个定制化的配电模块。我们就可以根据他的需求进行定制化,采用了相对更合适他的方案,在效率上也会提高一些。

幻实:所以具体还是看客户的时间、周期、预算、成本,各种都要去考虑。那你们给客户的选择还是比较多的。

汽车配电的“去中心化”革命:如何让供电更聪明?

幻实:能不能请潘总给我们讲一讲,现在整车的配电系统,是不是已经开始从集中式向分布式转变了呢?新能源汽车的领军企业,比如说特斯拉,他在用什么样的一种配电系统和结构,对咱们定义产品上有没有什么样的启发作用?

潘洪亮:您对这一块非常了解。确实,新型汽车电子电气架构的配电正在从单一集中式往中央主配电+区域分布式进行转变。现在相当于把原来总的一个电力站拆分成多个区域的一个变电站。这种变革对芯片的各方面性能都提出了更高要求。

潘洪亮:具体而言,我们需要芯片在软件层面具备更强的适配能力与实时处理能力。因为在整个分布式架构下的每一个高边开关,它跟整车的控制器是实时交互的。例如,在一秒内芯片可能要处理高达上千次的电流采样与数据传输。这就要求芯片有软件方面的兼容性。比如说CAN(控制器局域网络)、LIN(本地互联网络)等主流车载通信协议,并且能确保关键信息不延迟

此外,灵活控制能力也是分布式架构的关键优势之一。传统集中式配电是一个粗放式的配电管理,无法实现对单个负载的精细化调节。而分布式架构则赋予了系统按需精准供电的能力。

智能驾驶场景为例,在我们把车启动的瞬间,配电芯片要快速地给激光雷达、毫米波雷达等高精度传感器供电,使其迅速进入工作状态。在我们关闭电源的时候,它要立刻自动进入自动断电状态,以保障安全并降低静态功耗。这种动态启停需求,要求芯片能够适配基于场景化的动态供电策略,实现电源的精准投切

当然,实现这种灵活控制也依赖于多芯片间的协同管理。如何在复杂的区域控制器中,确保各高边开关有序配合、互不干扰,且能实时响应整车指令,是当前设计中需要重点克服的技术挑战。

幻实:像特斯拉的话,他做的关于电源分配方案的创新,对我们整个国内的车企来说,算不算是引领了行业趋势?

潘洪亮:确实是这样。特斯拉的Model 3是全球第一辆采用域控架构,以及采用了大量高边开关配电方案的一个标杆车型。也为众多国内芯片制造商与整车厂提供了一个极具价值的技术演进参考和学习样本。

幻实:现在国内的这些车厂可能也在选择域控的这种方案。高边开关我陆陆续续听到很多公司在做,但实际上做这种产品应该很不容易。因为你要过车规认证,周期又很漫长。你们的进展怎么样?这个过程坎坷吗?

国产芯片“逆袭”秘诀:性能硬、测试严、服务快

潘洪亮:我觉得任何的芯片研发,都是一个具有挑战的过程。经过我们的不懈努力,我们还是取得了不错的成绩,目前有不少的车企选择了我们的产品。

为什么会选择我们的产品?我自己总结下来有这么几点核心。第一是我们的性能相对领先。相较于国产的其他智能功率芯片厂商,他们大多数制造的是15安培以下的小功率芯片。而我们海科目前已经实现了30安培、50安培、75安培功率芯片的量产,甚至突破了100安培的大功率芯片的技术瓶颈。所以在技术以及性能上,我们是有明显优势的。

第二是在测试环节,我们也有比较大的优势。汽车芯片一般都要做车规级AEC-Q100认证。我们的智能高边开关在做AEC-Q100认证过程中,在零下40℃低温启动,以及在125℃高温运行等极端环境下,能连续跑上2000小时,且全部无故障。特别是在感性负载开关的一些测试中,比如说我们电机启动的时候,如何应对电流的冲击是很多国产同类芯片难以突破的一个点,但我们拥有平稳应对的技术。

潘洪亮:第三也是我刚刚提到的,是我们是国产企业,在适配方面相比国际品牌(像英飞凌、意法半导体等)更有优势。我们能提供更快的定制化服务。比如说之前一家整车厂,他们需要调整芯片过流保护阈值,我们从需求确认到样品交付只用了两个多月。如果换国际品牌来做,通常需要半年以上。同时我们的芯片也能跟国内和台湾的一些配电模块无缝兼容,避免车企经常提及的国外芯片与国内模块的难适配问题。

幻实:定制化服务正好是这几年大家为了推国产化,不得不用的一种手段。

潘洪亮:是的,我觉得车企选择我们海科电子,概括来讲,就是我们的芯片性能能对标到国际水平,同时我们的响应速度比国际品牌更快。

幻实:而且适配上面少了很多bug,因为你们的芯片源代码在自己手上。刚刚你提到了一个大功率的芯片,那像48伏这种高电压的产品,我们有没有做一些布局?我看特斯拉,他好像在48伏上面做了非常多的宣传。

芯片从12伏到48伏,不只是“升压”那么简单

潘洪亮:对,我们从去年年初就在布局这一块了。截止目前,我们48伏的产品已经做完第一批样片。预计做完可靠性测试之后,最快到今年下半年我们48伏的产品就可以上市。

对很多不太了解的人而言,他们可能觉得不就是把电压从12伏抬到48伏这么一个简单的升压过程。其实这个过程里包含了很多需要重点突破的一些技术。首先就是高压的一个耐受问题,48V系统在抛负载等工况下,瞬态尖峰可达 60V~70V,那么我们需要重新去设计这个功率器件的结构,防止被击穿。

潘洪亮:第二就是电压升高后的热管理技术,也需要突破。48伏芯片它的功率密度更高,发热问题也是更加突出。我们目前在设计的这款48伏芯片,采用的就是集成温度传感器的一个方案。让芯片能实时的动态调整散热的策略,避免过热后产生失效等相应的问题。

另外还有像兼容性等问题,无法复用12伏系统的解决方案,都需要重新去逐步突破。这就要求我们从布局开始,设计48伏芯片时,既要满足客户需求,同时也要响应行业的发展趋势。

刚刚您提到特斯拉,像特斯拉、大众汽车已经在一些新的汽车上采用48伏的系统。国内的很多头部车企也从前年开始,已经在启动相关的一些车型的研发。从行业看,我们48伏车载电器的供电效率,是支撑智能驾驶场景的一个关键点。特别是激光雷达,它的功耗是传统传感器的三倍以上,48伏系统能避免12伏系统的供电力不从心的一些问题。

幻实:尤其是大家现在都把智能化设备武装得越来越全了,功耗都得由配电来解决,不只是有算力的问题。所以用电问题确实在很多环节都会出现。

车规芯片的下一个风口与人才修炼手册

幻实:今天咱们谈到了12伏到48伏的技术瓶颈,不同的车规智能功率芯片都在寻找新的技术解决方案。您觉得在未来几年中,可落地的技术突破点会在哪个领域?对于现在想进入这个行业的从业者,你建议他们关注什么方向?

未来两大技术高地:功能安全与48伏专用芯片

潘洪亮:未来1到2年,这个时间我觉得能实际落地的一些领域,第一是功能安全与故障诊断的一个集成设计,可以用来满足车规级的一个严苛的冗余要求。还有刚刚提到48伏的架构适配,以及L3级以上的一个辅助驾驶的场景,都对功率芯片的功能安全和故障诊断的能力提出了更进一步的要求。因此这一领域的集成化设计将成为比较重点的一个突破方向。

第二是安全类的一些专用的功率芯片,可以填补国内的高压安全系统空白。在48伏这个架构下,安全类的部件对功率芯片的一个耐压性、响应速度以及可靠性要求剧增。这一领域将实现突破性的一个落地。

想入行车规芯片?先懂车、懂协议、懂功率!

潘洪亮:最后对从业者的建议,我觉得进入车规级芯片这个领域,至少在三个方向要有一定的知识积累。首先是对于车规级可靠性设计得有一个深刻的理解。比如说如何通过一个电路设计来应对汽车的震动、电磁干扰等问题,这一块其实和消费电子芯片的设计逻辑上是有很大的差异。举个例子,很多的消费者一提芯片可能想到的是手机上的芯片,手机芯片它更注重的是性能方面的需求。那么车规芯片它更关注的是一个可靠性、稳定性,所以说从设计的逻辑思维上就有很大的差异。

第二点,既然是车规芯片,那么对于汽车的一些总线协议,比如CAN、LIN或者Ethernet等协议也得有深刻的理解。这些协议可以说是汽车芯片和整车的交互的一个语言。如果说我们不懂这些语言,那就无法实现上车适配。

幻实:不是只懂芯片、半导体工艺就能胜任。

潘洪亮:是的。顺着您刚刚讲的,正是我想讲的第三点。汽车芯片的从业者,其实对功率器件的特性,比如我们智能功率开关这一类,也得有一个相对深刻的理解,需要熟悉GaNMOSFETIGBT等器件的工作原理。以我们海科电子为例,我们团队一些新加入的年轻工程师,都会在我们实验室里做三个月的功率器件测试,从而对我们芯片的功率器件特性,有一个更好更深刻的理解。理解之后,然后再去接触芯片的设计。

潘洪亮:总结下来,我觉得这个行业其实是不缺技术天才,但是缺懂汽车的芯片人。所以我们既要能沉下心去做可靠性试验,也要能和车企的工程师聊得懂。比如说汽车车窗升降的供电需求,需要跟工程师做有深度的沟通,直到能透彻理解对方的需求,这样才能设计出一个真正好的产品来。

幻实:谢谢潘总,我觉得你讲得非常系统和立体,这个行业可能头脑一热的人还是摸不到门槛的。

潘洪亮:车规级的智能功率芯片,确实需要一定的相关知识的积累和沉淀,以及相关的经验。

幻实:所以面对大厂英飞凌、意法半导体这样的老牌企业,我们还是要有敬畏之心的。他们遇到的问题,我们未来如果不去做准备,肯定也会遇到。谢谢潘总今天跟我们分享了这么多,也祝你们的车规芯片越做越好,能大批量的上线。

潘洪亮:感谢,也祝咱们《芯片揭秘》栏目越办越好。

 

采访 | 幻实   编辑 | 小茄   审核 | 幻实

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《芯片揭秘》是由艾新教育&茄子烩精心策划的一档科技新媒体栏目。栏目由茄子烩CEO曹幻实女士担任主持人,谢志峰博士担任主讲人,特邀半导体产业内从业者、参与者、见证者,通过对话展示嘉宾观点、解读行业发展趋势,呈现产业人最真实的心声,打造独一无二的产业人自己的发声平台。