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绝大多数涉及汽车E/E架构的分析都聚焦于电子部分，电气部分描述较少，实际电气部分重要程度不亚于电子部分。

汽车E/E架构演进

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电子方面，从数据传输到中央计算，是从分散到集中，电气方面则是相反，从集中向分散。特斯拉是汽车电气架构革新先锋，特斯拉第一次大规模引入用高侧驱动代替传统继电器和保险丝，从而形成目前主流的两级加配电盒架构，也就是上图的第二代。下一代则是采用主干供电，抛弃配电器。

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高侧驱动开关使得软件定义汽车成为可能，也是域控控制器系统的核心功率元件。

以前汽车各种用电设备是用汽车配电盒来管理，它由继电器+保险丝构成，电气线路出现故障时，配电盒中对应电路的保险丝能够在电流过大时自动熔断，从而保护电气线路和用电设备，继电器则是用于驱动大功率负载。但这类配电盒只有电气，没有电子，因为无法监控预警，出了问题就只能知道出了问题，无法解决问题。于是，2016年特斯拉Model 3在车身域中采用了大量HSD (High side driver)芯片替代了继电器和保险丝，它们的作用很清晰：用于负责控制汽车各种负载（例如小电机、灯、风扇、泵阀等）的启停和保护。很明显，HSD芯片属于驱动芯片的一种，而根据电路结构，驱动电路可以分为高侧、低侧、推挽半桥、H桥、串联。本质上这是栅极驱动，用如MOSFET、IGBT、SiC MOSFET、GaN HEMT等开关速度和时间的集成电路。其主要功能是放大控制信号，提供足够的电流对功率器件的栅极进行快速充放电，从而实现高速开关，减少开关过程中的能量损失，并保护控制器件免受过高电压或电流的损害。

高侧驱动（也叫高边开关）：位于电源正极与负载之间，控制电流输入，就像水龙头，控制水流开启；在设计时难度较高，如使用NMOS，需满足栅极电压（Vg）>源极电压（Vs），而源极在导通时≈电源电压（如12V），故需额外升压电路使Vg提升至电源电压以上；使用PMOS可直接用栅极低电平导通（Vg<Vs），但工艺复杂、导通电阻大，成本高于NMOS方案。在低侧驱动器中，控制信号直接驱动栅极，适合用于直流/交流电机驱动等应用；高侧驱动器用于驱动上方的功率器件，通常需要较为复杂的电路设计，因为高侧驱动器的电源可能会随功率器件的工作状态变化。高侧驱动器通常利用浮动电源或通过bootstrap电路提供栅极所需的高电压。

低侧驱动（也叫低边开关）：位于负载和电源负极之间，控制电流回路，就像排水阀门，控制水流排出路径，设计难度较低，适合成本控制场景。负载发生短路故障时，高侧驱动会切断电源，负载不会工作，而低侧驱动不具备该特性，例如负载通过车架形成回路，持续工作。

发生短路电源故障时，高侧无法关断，不能保护负载，但现在已有的智能高侧芯片已集成负载开路/短路检测，成本会高一点，而低侧开关断开后负载与地隔离，停止工作。目前的HSD芯片监控负载在开关过程中的短路和开路，电流和电压等情况，对负载进行保护和诊断，同时，高侧驱动集成钳位关断功能，为开关能量的处理能力提供了支持，不需要续流电流再循环路径，从而降低设计难度，降低电池能耗，节省系统成本。

成本敏感部分用低侧驱动，不敏感的推荐用高侧驱动。

Zonal架构下的电气分布

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区域架构不再从保险丝盒引出电源，而是通过配电盒(PDB) 和区域控制模块 (ZCM) 分配电力。PDB为车辆电源向ZCM和其他高功率ECU提供主要高电流配电。 ZCM则为附近的 ECU和传感器提供二级配电。这种设计优化了布线，并增强了对电子功耗的控制。特斯拉Model3/Y将配电盒换了个名字，叫高压penthouse，Cybertruck里叫PCS，功率转换系统。

ZCM和PDB 还使用基于半导体的开关—智能eFuse，集成了熔断器和机械继电器的功能。通过添加可软件复位的开关，区域架构有效消除了对可接近PDB的需求，因为现在软件可以单独管理每个开关，包括保护线束和故障恢复所需的算法。

区域架构还帮助OEM通过更好地管理车辆功耗，提高对配电系统的控制。在实际应用中，这涉及到车辆软件关闭eFuse，从而切断杂项或未使用功能的电源，以确保安全关键功能有足够的电力运行。将特定负载的电源关闭的概念，进一步扩展为通过eFuse的低功耗状态驱动始终供电 (PAAT) 负载，以最小化总功耗。即使在车辆钥匙关闭或停车状态下，PAAT 负载（ 如门锁） 仍然通电，以确保安全关键功能的正常运行，并保持大容量电容充电。当 PAAT功能运行时， eFuse会退出低功耗状态，完全驱动负载并通知本地微控制器 (MCU)。eFuse在空闲一段时间后会重新进入低功耗状态。

加入48V的电气架构

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48V的加入，让线径更细，驱动电流降低，域控制器内部可以集成电源管理，配电盒可以取消。取消配电盒，域控制器分配主电源和辅助电源，极大简化配电网络，节约大量线束重量和成本，热损耗也更低。

下一代的无配电盒电气架构

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48V配电盒/域控制器通用电气架构

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德州仪器推荐的48V到12V的转换方案

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德州仪器推荐的48V到12V的转换方案，将DC/DC放在域控制器内部而不是像特斯拉Cybertruck那样设计一个PCS（实际就是配电盒加DC/DC变换）。

确定配电盒所需的MCU通用I/O数量及其他外设，对于确定MCU与系统的交互方式、从而大幅节省成本至关重要。PDB，特别是ZCM，可能拥有超过60个高侧开关、半桥和智能 eFuse 输出。这意味着需要 >300个I/O和ADC MCU引脚来与多个负载驱动器和智能 eFuse集成电路进行接口。使用基于串行外设接口 (SPI) 的eFuse和SPI/I2C I/O扩展器，可以优化MCU封装尺寸和引脚数量。

域控制器（Zone而非Domain）的需求总结

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英飞凌的12/48V 域控制器设计

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英飞凌的12/48V域控制器设计，也是将DC/DC变换放在域控制器内部。

48V下的电弧是一个问题， 因此输出端和元器件必须具备足够的爬电距离和电气间隙， 以防止不同电压点之间发生电弧。通过软件、电压和电流检测的结合，可以帮助检测电弧并快速关闭必要的开关以阻止电弧继续。还可以开发机器学习算法，更好地区分电弧波形与车辆中的自然瞬态，以帮助避免误报。

12V/48V域控制器的软件架构

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上图是12V/48V域控制器的软件架构，应用层中有大量有关功率系统的软件，一般来说这都需要整车厂家研发，难度相当高，再加上AUTOSAR RTE，工作量很大，新兴造车基本都会放弃使用AUTOSAR这个枷锁。

意法半导体的VNF1248F

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意法半导体的VNF1248F，是一款非常有特色的产品，支持12V/24V/48V，内部集成了智能电子保险丝的高侧开关控制器，可以看到其内部框架有大量的ADC变换电路，逻辑电路也不少，对于一颗功率器件来说相当少见。

域控制器架构电气分布核心是高侧开关，目前此领域竞争激烈，德州仪器、意法半导体和英飞凌是其中最强者。其他玩家还有安森美、瑞萨、罗姆、NXP、MPS、ADI、东芝、Semtech、Diodes，国内则有圣邦微电子、纳芯微电子、荣湃。

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