考虑到先进汽车系统对负载功率的要求不断提高，从机械组件到电气功能的转换以减轻重量以及日益严格的二氧化碳排放法规，传统的12V汽车铅酸电池架构已达到其可用功率极限。 3]。为了解决这个限制，汽车制造商推出了双电压电气系统，该系统将较小的12V电池（与现有系统兼容）与48V锂离子电池组结合在一起。48V系统可运行大功率负载，包括动力总成（电动超级/涡轮增压器，再生制动）和底盘/安全性（电动助力转向，车身侧倾稳定）。
如图1a所示，这种48V / 12V双总线体系结构旨在提高传统内燃机车辆的性能，同时减少因安装完整的混合动力传动系统而导致的成本/重量损失。集成的起动发电机（ISG），皮带起动发电机（BSG）或皮带式交流发电机起动器（BAS）为48V电池提供回热能量，并提供一定程度的动力辅助，从而节省了以前为高电压而预留的燃料电压混合技术。
图1使用两个电池和一个高压电动发电机的汽车48V和12V双总线架构（a）；48V电池电压范围由LV 148标准（b）解释。
48V电池的DC / DC降压调节器[4]为常规的12V电池供电，以便为常规的低压负载供电，例如控制单元，点火，照明和信息娱乐。另外，双向降压/升压调节器加上安全开关[5]可使两个电池在需要时同时提供负载。基本的半桥开关单元在两种情况下都是相同的，并且可通过并联多相进行扩展以满足更高的电流需求。
本文提出了针对此类稳压器的优化功率MOSFET和去耦电容器的布局布置。目的是在开关换向期间最大程度地减小功率环路寄生电感并降低电压过冲。随之而来的三个优点是：更低的电磁干扰（EMI），更低的开关电压应力和更高的转换效率。
48V电池电压变化
目前在汽车标准（例如LV 148 / VDA 320 [6]和ISO 21670）中定义了48V电池在不同工作条件下的电压水平和限值（
图1b）。LV 148中的E48-02动态过压测试指定高压（HV）端口上的最大电压至少70 ms，持续至少40 ms。在发生过压事件期间，系统必须保持功能正常，并且不损失任何性能。
对于
半导体供应商来说，这意味着连接到48V电池的所有组件都必须承受70 V的输入电压。汽车行业认为可靠性安全裕度为10％至20％，因此，在无保护的48V
电源轨上的系统和组件的额定典型值为100 V，可以满足这一期望[3]。
汽车DC / DC稳压器EMI挑战
使用常规的EMI滤波器级，电源的低频EMI频谱幅度相对容易管理。然而，与开关换向期间与电压和电流的尖锐边缘相关的高压摆率引起的谐波含量关系更大。除了这些电压和电流压摆率之外，过冲/下冲以及随后的开关波形振铃也成为一个问题。
图2a显示了一个降压/升压调节器示意图，其HV和LV端口分别指定为BN48和BN12。
图2b显示了在降压模式下工作时的开关节点电压波形。开关节点电压振铃频率的范围为50 MHz至250 MHz，这取决于功率环路寄生电感（L LOOP）与MOSFET输出电容（C OSS）和电感器寄生自电容（C EPC）的谐振。）。这样的高频成分可以通过近场耦合传播[7]，并且难以通过常规滤波进行衰减。同步MOSFET体二极管反向恢复会产生类似的负面影响，随着二极管恢复电流在寄生环路电感中流动，加剧了振铃电压。
在MOSFET换向之前，存储在功率环路寄生电感中的能量是造成开关电压尖峰的原因，并且该能量在随后的阻尼振荡期间会耗散。每个开关周期损失的能量乘以开关频率会导致额外的功耗和热管理挑战。用于控制相关辐射的EMI滤波器或缓冲器组件会进一步增加功率损耗，并增加成本。如前所述，减少寄生环路电感是减轻EMI和提高整体效率的主要技术。
图2同步降压/升压调节器功率级原理图（a）；降压开关节点电压波形（b）；在降压工作的MOSFET导通和关断过渡期间的等效
电路（c）; 并增强操作（d）。
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