2024年新能源汽车行业专题研究：eFuse，48V和efuse时代要到了吗？

1. 引言

特斯拉2017年在Model 3车型用eFuse替代低压继电器+熔断器，虽然多数车企eFuse还暂未上车，但我们认为 智能化领先的车型有望在新一代车型中应用eFuse。eFuse在电动车智能化中起到重要用，并在低压电路 12V→48V升级中使用个数提升。本篇报告从eFuse工作原理出发，聚焦几个方面：EV智能化程度提升，eFuse实现智能配电；  12V→48V，功率上限提升，需要更多 eFuse； eFuse单车用量等。

2. eFuse：更主动更智能的电子熔断器

eFuse是一种集成电路，提供电路保护半导体解决方案

eFuse 是一种集成保护电路，用于在故障情况下将电路电流、电压限制在安全水平。 eFuse 是一种有源电路保 护器件，带有集成 FET。 eFuse通过测量已知电阻器上的电压来检测电流，在电流超过设计限值时，通过场效应 晶体管 (FET) 切断电流。负载电流通过FET和一个检测电阻器，并通过该检测电阻器上的电压进行监控。当该电 压超过预设值时，控制逻辑会断开FET并切断电流路径。

eFuse嵌入多种保护等功能，通常很难用分立元件来实现。eFuse嵌入了各种功能来保护系统免受浪涌电流、过 流、过压、反向电流、反极性和短路故障的影响。eFuse 更准确、更快，并且可以在无需用户干预的情况下自行 修复。

不仅仅是保险丝，内置保护功能解决电路故障

eFuse不仅仅是保险丝，且内置许多保护功能以解决电路故障。eFuse含集成控制器的功率MOSFET和许多内置 保护功能，包括过压、过流对电池短路和热保护、诊断功能如电源自检、电流监测和故障/启用等。在解决方案上， eFuse集成过流、过热和过压保护，通过防止损坏连接器、PCB 走线和下游组件，来提供保护用于热插拔情况和 常见电源故障或负载故障的应用，以及任何需要浪涌/浪涌电流限制的系统。

eFuse具有传统熔断器大电流保护功能，且有过压保护、可编程性等优势

熔断器是一种过电流保护器，使用时将熔断器串联于被保护电路中，当电流超过规定值并经过一定时间后，由熔 体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。eFuse除了有传统熔断器的过大电流保护功能， 还具有以下新功能： 过压保护：借助一些额外的电路，eFuse 还可以提供过压保护，以防止浪涌或感应跳闸，即当输入电压超过设定 的过压跳闸点时，切断FET并在过压条件持续期间保持在断开状态。 反极性保护：eFuse 还可以提供反极性保护，如果电源反向连接，则迅速切断电流。例如汽车电池因电缆意外接 触而短暂的反接。 可编程性：可编程过电流保护和开启时间。与传统保护器件相比，eFuse可对通过电流阈值、启动时间等保护参 数进行灵活、简单的编程。

eFuse无需更换，有更高精度，且有更多集成功能节省空间

相较于传统熔断器，eFuse优势突出。电子保险丝比传统熔断器具有多种优势： 无需更换，减少了维护成本和时间：由于内置的FET被关断以切断电流，因此eFuse不会被单次过电流破坏。如果 FET再次导通，通过施加与之前相同的电流，可以恢复正常工作。与不可逆熔断的传统熔断器不同，它们可以重 复使用，无需更换零件，降低了维修所需的成本和时间。 更高的精度，准确度：电子保险丝提供精确的电流限制。它们的电流阈值可以精确设置和控制，确保对电路及其 组件提供最佳保护。传统的熔断器利用熔断绝缘和热膨胀，因此关断电流不能严格确定。传统熔断器，由于焦耳 热导致的温度升高达到熔断器材料的熔断需要时间，因此从发生过电流到中断存在时间滞后。在此期间，过电流 持续流动。但是，由于eFuse可以在检测过流的同时几乎同时关断开关和关断电流，因此可以大大缩短过流发生 的时间。 集成功能，节省空间：eFuse是集成电路，它除了可以将过流保护功能，还可以将传统熔断器无法实现的过压保 护功能、冲击电流抑制(摆率的控制)功能、过热保护功能、反向电流防止功能等多种功能封装在一个封装中，节 省车内安装空间。

IC（集成）方案优于分立式方案，功能更全面且更容易通过监管审批

分立式元件可构建基本的eFuse，但存在较多问题。随着有源、无源分立式器件增多，分立式器件变得笨重且容 易造成单个产品间性能变化，以及引起与初始容差、元器件老化和温度引起漂移等相关问题。分立式存在许多局 限性：1）分立式电路一般使用P沟道MOSFET作为通断元件，实现相同导通电阻值比N沟道MOSFET更贵；2） 效率低，会造成二极管功率耗散及电路板温升；3）很难为无源元件FET提供足够的热保护；4）分立式电路需要 很多元器件和电路板空间，而实现电路稳健性、可靠性需要增加元器件。

IC方案相比分立方案功能更加全面，且更容易通过监管审批。IC方案可以解决分立式方案的部分或全部功能限制， 且体积小、性能更稳定，成本更低。监管审批也是分立式路线面临的一个关键问题，所有传统热保险丝都获得了 各种监管机构标准的认可，能在适当情况下实现故障安全型的电流关断功能。但要获得同样的审批，分立式解决 方案非常困难且相当耗时。

3. EV智能化程度提升，eFuse实现智能配 电

eFuse是域控制器架构的关键要素，可确保车辆局部ECU受到保护且稳定可靠

配电架构从集中式走向分布式，模块化配电在车辆实现区域控制架构。集中式配电架构将电能从电池分配至各 个负载系统，配电装置包括中央继电器、保险盒。智能配电系统采用分布式架构，包含多个通过互联网络 （LIN）或控制器局域网（CAN）相互通信的小配电中心。这种模块化方法允许在车辆上实现区域控制架构， 大幅减少线束连接数量，优化系统成本、重量，并改进电气性能。

eFuse是域控制器架构的关键要素，可确保车辆局部ECU受到保护且稳定可靠。域控架构下，传统保险丝和机 械继电器可替换为更紧凑的电子保险丝 (eFuse)，以提供更先进的保护功能，且将保护和开关功能集成到单个 小尺寸封装中。eFuse是局部配电方案的重要组成部分，为车辆电子控制单元（ECU)多个负载点提供关键的智 能保护。eFuse负责保护整个车辆的传感器、摄像头、低压电机（汽车座椅、车窗控制等）、前大灯和尾灯免 受过流影响。

eFuse优势1：实现OTA升级，配合智能车软件升级

eFuse具有可编程的电流限值、过压等，可配合OTA升级。电压超过预设值时，控制逻辑会断开FET并切断电流 路径。对于传统电子保险丝来说，电流水平是固定的，而eFuse的电流水平可通过外部电阻器设置。以德州仪器 产品为例，TPS26620电子保险丝通常用于24V应用中，其设定的电流限值为500mA，工作电压为4.5V至60V， 最大电流为80mA，产品具有可编程的电流限值、过压、欠压和反极性保护功能。

OTA不断开启新功能，eFuse可通过编辑参数配合功能升级。软件定义汽车已经是行业内的共识，基础硬件差异 或越来越小，关键在于汽车给用户的体验的多样性，而这种体验的差异性在很大程度上是由汽车的软件来决定的。 通过OTA升级，可以不断给用户开启新功能，不断优化产品体验，进行快速迭代。功能升级往往对应电压、电流 或功率变化，eFuse可通过编辑参数配合功能升级。若采用传统保险丝，电路或需要重新设计，增加成本。

eFuse优势2：主动保护，具有自恢复性，提升智能车安全性

故障率随智能化程度提升而增加，eFuse可主动保护，故障消失后恢复正常运行。随着电动车智能化程度提升， 汽车中软件代码行数成正比不断增长，随之而来的是软件工程复杂度指数级增长和软件故障概率的提升。eFuse 反应速度快且可复位，故障消失后可自动重启恢复，提升智能车安全性。 速度：反应快，其断开反应时间为微秒级，有些设计能达到纳秒级。 可复位：根据具体型号，eFuse可选择在激活后保持断开（称为闩锁模式），或在当前故障消失后恢复正常工作 （自动重启模式）。在更换保险丝困难或成本较高的情况下，也很有用。

4. 12V→48V，功率上限提升，需要更多 eFuse

电子电气架构决定整车智能化功能发挥上限，12V→48V升级或成为未来趋势

电子电气架构决定整车智能化功能发挥上限。电子电气架构（EEA）把汽车中的传感器、电子控制单元ECU、线 束整合在一起，实现汽车各项电气化功能。智能化和娱乐化趋势需要更高的功率，增加电压一方面是提高功率上 限，另一方面降低电流，减少线束的量，同时降低损耗并降低温度。

相比12V，48V将电压增加三倍，电流减少3/4，同时保持远低于60V安全电压，为车企最佳选择。60V通常被认 为是汽车上最高的安全电压，48V可通过过载设计最高达到60V。驱动电机等多种设备也将受益于更高的工作电 压，需要更少的铜并且提供更大扭矩，同时有更小的封装尺寸。

汽车电气系统演进：12V系统已应用60多年，难以满足电动车电气化、智能 化发展

燃油车低压系统经历了从6V→12V的演变，2011年奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷、大众联合推出48V混动系统以 满足车载负载需求以及减排，而Cybertruck为特斯拉首款在整辆车中使用48V电气系统的电动车。 6V：1918年开始第一批大规模生产的汽车使用6V架构；20世纪50年代，随着内燃机排量增加、高压缩比内燃机 出现，6V电压系统无法满足用电需求，因此推出12V系统。 12V：20世纪60年代末，美国几乎所有汽车都使用12V电压系统，电气系统和组件都围绕12V电压标准进行统一， 包括电动车窗、室内照明、点烟器、刹车灯灯。 48V：2011年奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷、大众联合推出48V系统，以满足车载负载需求以及更严格的排放法 规。利用DC/DC转换装置，实现电气系统12V/48V双电压架构，分别驱动不同元件。而Cybertruck为特斯拉首 款在整辆车中使用48V电气系统的电动车。

48V系统带来功率提升，电路复杂程度提升带来fuse使用个数提升，电路重 新设计或加速eFuse应用

电动车智能化加速48V应用，电路复杂程度提升带来fuse使用个数提升。汽车拥有越来越丰富的电气功能，用户 界面比传统仪表板更类似于视频游戏控制台。随着智能化程度提升，电动车有望配备ADAS（先进驾驶辅助系 统）、导航系统以及环境控制，以及复杂的信息娱乐系统等功能。随着汽车中的边缘人工智能（如驾驶员警觉系 统）越来越复杂，对更大功率的需求可能会迫使所有汽车制造商采用48V系统，更多电器的应用有望带来fuse使 用个数提升。

电路复杂程度提升，电路重新设计或加速eFuse应用。车端架构按功能域划分，分为动力系统域、车身系统域、 影音娱乐域、ADAS主动安全域、自动驾驶域，不同的功能域有着不同的通信网络和功能安全等级设计。随着电 路复杂程度提升，我们认为电路重新设计或增加熔断器、继电器使用成本，且由于eFuse设计更为简洁且可编写、 可扩展，或在48V系统中加速渗透。

5. eFuse单车用量

Model 3在2017年用eFuse替代低压继电器+熔断器

特斯拉在 Model 3车型中移除低压部分继电器和熔断器，用eFuse替代。2017年，特斯拉在model3中移除所有 所有继电器和熔断器，用电子保险丝代替。eFuse 采用固态晶体管取代移动部件，可用软件为电源系统提供细粒 度的控制，并允许软件执行更先进的操作，例如在不利条件下减少汽车负载、 允许软件控制下的瞬态故障重试， 并且在整个过程中都能对电力系统进行详细监控。

智能化布局领先的车企有望在eFuse陆续跟进，尤其是新势力车企。国产汽车品牌加速推广高级别自动驾驶， 2023年下半年包括小鹏、华为等国内电动车企业在高速公路解决方案基础上推出了城区高阶智驾导航辅助系统， 未来几年将会有更多车企入局。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）