作者：Kenton Williston

投稿人：DigiKey 北美編輯

2024-07-18

各國政府對降低 CO2 排放的要求以及消費者對汽車電子產品的需求，促成了汽車系統從 12 V 電源架構過渡到更高效的 48 V 架構。這些中壓架構可實現更高的功率輸出以及質量更輕、成本更低的線束。

設計人員面臨的問題是，滿足成本和上市時間限制的同時，確保連接器滿足 48 V 系統嚴苛的電氣、安全、可靠性和物理要求。為此，在選擇合適的供應商之前，需要先了解汽車級中壓架構的運行、監管和安全要求。

本文介紹 48 V 架構的優勢，并概述選擇適當連接器時面臨的挑戰。然后介紹 [Molex] 提供的合適的解決方案，并說明如何在在實際場景中使用這些應用。

汽車級 48 V 架構的優勢

汽車制造商可以通過采用中壓架構，實現在制動和滑行過程中能夠回收能量的輕度混合動系統。汽車制造商們還可部署增強型啟停系統，以降低城市駕駛和交通擁堵時的油耗。此外，由于電壓較高，因此可以使用較輕、較小規格的導線，以較低的電流提供相同的功率，進而通過 48 V 系統減小車重。所有這些因素都能節省大量燃油，對于小型車輛來說尤其如此。

此外，還需要功率更大的線束，以適應諸如動力轉向、空調等部件的電氣化，以及采用諸如自適應巡航控制和車道保持輔助等高級駕駛輔助系統 (ADAS)。將電源架構過渡到 48 V 架構可滿足這一要求，避免了與全混動電動汽車 (HEV) 和純電動車 (BEV) 所用的高壓系統（即 400 V 及以上電壓）相關的成本和復雜性。

48 V 電壓架構也是實現更大程度汽車電氣化的橋梁，可逐步集成混合動力技術，而無需對電氣系統進行全面改造。即使在純電動車中，這些中壓系統仍將發揮重要作用，Cybertruck 等設計中的應用就證明了這一點。

48 V 連接器的成本考慮

關于 48 V 架構采用哪種電氣連接系統的問題，可以從電壓升高帶來的技術挑戰中找到答案。

采用專為電動和混動汽車開發的高壓連接器在技術上是可行的，但鑒于其成本和封裝空間，這種做法并不可取。相比之下，將 12 V 連接器改造成中壓架構，在成本和尺寸方面都很有吸引力。

值得注意的是，并非所有車輛系統都將過渡至 48 V 電壓。一些功耗較低的小型設備將保持 12 V 電壓。因此，使用在 12 V 和 48 V 系統中能夠保持一致的連接器非常重要，因為這樣可簡化工具和技術人員的培訓。

Molex 的 [MX150 中壓連接器系統]（圖 1）體現了這些設計原則。這些連接器與經過現場驗證的低壓 MX150 連接器具有相同的外形尺寸。因為采用了與 12 V 連接器系統相同的封裝尺寸和外殼設計，MX150 中壓連接器只需極少的設計工程即可直接升級到 48 V 接線架構。

圖 1：MX150 中壓連接器系統的連接器與經過現場驗證的低壓 MX150 連接器具有相同的外形尺寸。（由 Molex 提供圖片）

MX150 中壓連接器系統目前分為五種不同的配置，詳見表 1。其中包括雙排 [33482]刀片連接器和相應的雙排 [300361] 插座，以及單排 [300363] 連接器。

| | 技術規格 | 詳情 |
| -------------------- | ---------------------------- |
| 電路規格 | 單排：4
雙排：4、6、20 |
| 電壓（最大值） | 60V |
| 電流（最大值） | 22.0 A |
| 接觸電阻 | 8 mΩ |
| 行業合規性 | USCAR-2、USCAR-21、GMW3191 |
| 工作溫度 | -40°C 至 +125°C |
| 密封 | IP67 和 USCAR-2 2 級密封 |

表 1：MX150 中壓連接器系統的主要規格。（表格來源：Molex，修改 Kenton Williston）

48 V 連接器的安全注意事項

雖然 12 V 電壓是中壓連接器的一個良好起點，但向 48 V 過渡面臨巨大挑戰。電弧問題尤其令人擔憂。

在 12 V 系統中，當電路斷開時，小電弧通常會迅速熄滅。然而，在 48 V 電壓下，電弧持續時間更長，可能會嚴重損壞端子和外殼。為了降低這種風險，端子的間距必須足夠大，以滿足 DIN EN 60664-1 中規定的爬電距離和間隙要求，該標準規定了低壓系統中設備的絕緣協調要求。

爬電距離是指兩個導電點之間沿著絕緣表面的最短路徑，而間隙則表示導體之間的最短空氣路徑。這些規格對于確保提供高達 60 V（過電壓范圍的上限）的保護至關重要。

有效的端子二次鎖定對于防止端子脫出 (TPO) 也是至關重要，端子脫出會導致緩慢或間歇性斷電。這種斷開連接可能會引起微燒蝕，損壞電鍍層或端子的基底金屬，從而導致高電阻或出現焊接連接。

連接器的密封也是值得關注的一個問題。48 V 連接器暴露在鹽水等電解質中時會引發劇烈的電化學反應，比 12 V 時的反應更劇烈。為防止此類損壞和短路，必須使用符合相應污染等級的連接器（通常為 USCAR-2 標準的 2 類密封或更高）。

圖 2 說明了 [3003610011] 是如何實現這些設計原則的，該連接器是一款雙排中壓母插座，有 20 個電路。相應的公連接器是 [0334822423]。

圖 2：MX150 中電壓連接器系統集中了多種功能，可確保連接安全可靠。所示為具有 20 個電路的 3003610011 雙排母插座。（由 Molex 提供圖片）

MX150 連接器預裝有連接器外殼、密封件和端子位置保證 (TPA) 部件，從而簡化了安裝和維護。圖 2 所示連接器的主要特點包括：

• TPA 可將端子牢牢鎖入外殼，防止脫落
• 輔助連接器位置保證 (CPA) 鎖可確保連接可靠，防止在劇烈振動或沖擊下意外脫離
• 一體式墊圈和環形密封件，即使浸沒在水中也能確保性能安全，無需單獨采用電纜密封件
• 扣眼帽可加強密封墊保護，確保端子正確對齊，進而保持連接完整性

混合電壓設計的考慮因素

在混合電壓系統中必須采取特別的預防措施，以防電流在中壓和低壓電路之間流動。最有效的策略是為每個電壓等級使用獨立的連接器，避免在同一連接器中出現兩種電壓。此外，汽車行業已對 48 V 連接器采用淺藍色編碼，以便與 12 V 連接器明確區分。

這種顏色編碼的起源可以追溯到電動叉車，因為電動叉車長期以來一直使用不同電壓的電池。為防止出錯，制定了顏色準則，從而使 48 V 連接器在各行各業廣泛采用藍色。

該系統與標志高壓系統的橙色連接器和電線的既定使用方法相輔相成。這種色碼清楚地標明了需要采取特定安全預防措施的部件，確保在沒有經過適當安全培訓，也沒有使用個人防護用品 (PPE) 的情況下，不得處理這些部件。

制造和適用性考慮因素

中壓連接器存在電弧風險，因此必須采用能確保制造和維修均可靠的設計。USCAR-21 規定了汽車應用中“電纜到端子”的電氣壓接測試方法和測試標準。

USCAR-21 的一個重要方面是拉力測試，即對壓接連接施加一致的拉力，以評估其拉伸強度。這種測試可確保壓接件在使用壽命期間能夠承受機械應力。該規范還強調了在壓接過程中使用精密工具和過程設置的必要性。

此外，最好采用通過 General Motors 制定的 GMW3191 綜合標準認證的連接器。該標準概述了汽車電氣連接器的測試和驗證要求，以確認連接器在苛刻條件下的可靠性和耐用性。

Molex MX150 的安裝和維護注意事項

要完成連接器安裝，首先必須進行電線端接。例如，對于 MX150 公頭連接器組件，線束必須端接到 [330000001] 插片上。同樣，接線必須端接到母頭插座的 33001 或 33012 系列矩形連接器觸點上。

無論哪種情況，都必須將端接好的導線推入連接器中，直至固定。如果電路位置必須留空，則應使用 [343450001] 型空腔插頭填滿公頭側的間隙。

為了幫助完成端接，Molex 提供 [0638115900]手動壓接工具（圖 3）。該工具可確保導線與插片或矩形觸點之間的安全連接。

圖 3：0638115900 手動壓接工具可確保導線與插片或矩形觸點之間的安全連接。（由 Molex 提供圖片）

此外，還可使用專用設備完成與連接器相關的工作。通過 [0638131500] 拆除工具（圖 4），技術人員可以在不影響組件其他部分的情況下從連接器上拆除導線。

圖 4：使用 0638131500 拆除工具可以從連接器上拔出任何導線，而不會影響組件的其他部分。（由 Molex 提供圖片）

結束語

在過渡到中壓電源架構時，汽車制造商及其供應商可以從使用基于低壓技術的組件中獲益。48 V 電壓的變化帶來了新的安全和可靠性問題，但只要認真遵守標準，并選擇具有堅固的鎖定和密封機制的連接器系統，就能輕松解決這些問題。選擇 48 V 連接器系統時，建議尋找產品組合全面、經驗成熟并能提供相關工具的供應商。

審核編輯 黃宇