48 V statt 12 V: DC/DC-Wandler im Fokus des SDV

Das Fahrzeug von morgen hat mehr als nur eine Spannungsschiene: 12 V, 48 V und Hochvolt bei etwa 400 V oder 800 V. Für die effiziente Energiewandlung zwischen diesen Gleichspannungsschienen sind DC/DC-Wandler unentbehrlich. AUTOMOBILELEKTRONIK sprach mit Haris Muhedinovic, Engineering Manager bei Vicor EMEA, sowie Andreas Wisser, VP EMEA Sales and Marketing bei Vicor, über Power im SDV, Safety, Redundanz, Batterien, DC/DC-Wandler und vieles mehr.

Wie laufen die Geschäfte?

Andreas Wisser: Wir sind zufrieden, denn wir haben gute Kooperationen und Partnerschaften mit OEMs. Eine unserer großen Stärken ist nämlich unsere direkte Nähe zu OEMs. Gleichzeitig schätzen die OEMs unsere Flexibilität. Die OEMs wollen nicht irgendeine DC/ DC-Roadmap, sondern sie sagen uns ganz konkret, welche Ideen sie haben und was sie benötigen. An dieser Stelle kommt unser modularer Ansatz zum Tragen.

Wie versorgen wir das SDV mit Energie?

Haris Muhedinovic: DC/DC-Wandler sind die Enabler sowie die Basis der Energieversorgung einer Zonenarchitektur, und diese Architektur ist das Rückgrat des software-definierten Fahrzeugs. In jedem Zonen-Controller ist ein DC/DC-Wandler erforderlich, denn jeder Controller braucht Energie, die direkt von der Hochvoltschiene kommt. Mit unserer Technologie lässt sich die Stromversorgung auf sehr kleinem Bauraum realisieren. Wir liefern eine schlüsselfertige flexible Power-Lösung, auf die sich OEM und Tier-1 verlassen können.

Wie unterscheidet sich ein klassischer Ansatz von Ihrem Ansatz, zum Beispiel bei der aktiven Luftfederung?

Haris Muhedinovic: Der klassische Ansatz arbeitet bei der aktiven Luftfederung auf der 48-V-Schiene. Dafür ist ein Supercap und/oder eine Batterie erforderlich, und zwar zusätzlich zum DC/DC-Wandler. Unsere Lösung basiert rein auf einem sehr schnellen DC/DC-Wandler, so dass weder ein Supercap noch eine separate Batterie erforderlich ist. Das bedeutet weniger Wartungsaufwand, eine längere Lebensdauer und keine Probleme mit einem aufgeladenen Superkondensator. Während der DC/DC-Wandler von Vicor die Energie direkt zur Hochspannungsbatterie wandeln kann, gibt es beim Supercap eventuell das Problem, dass dieser bereits vollständig geladen ist. Es ist nicht mehr nötig, den Supercap oder die 48-V-Batterie auf einem bestimmten Ladeniveau zu halten, denn unser DC/DC-Wandler liefert sofort bis zu 3,5 kW oder gar 5 kW. So decken wir mit einem bidirektionalen Modul über 90 % aller aktiven Dämpfungssysteme ab.

EMI-Vorschriften in Fahrzeugen einhalten

Mit dem Umstieg auf EVs sind kleinere und leistungsstärkere Lösungen mit V2G-Schnittstellen gefragt. Schnell schaltende DC/DC-Wandler eignen sich optimal für den Job, sofern sie trotz der hohen Schaltfrequenz die EMI-Vorschriften einhalten.

Sie haben von einem modularen Ansatz gesprochen; was heißt das konkret?

Andreas Wisser: Für die wichtigen Bereiche haben wir bereits die passenden Module, zum Beispiel von Hochspannung zu 48 V oder 12 V, von 48 V auf 12 V oder von 800 V auf 400 V. Damit lassen sich dann leicht mehrere Haupt-Spannungsschienen realisieren: Hochvolt, 48 V, 12 V. Wenn ein OEM seine alte 400-V-Verbraucherplattform für die Heizung, die aktive Federung oder andere Systeme behalten möchte, aber die Batterie- bzw. Traktionsspannung auf 800 V migrieren möchte, dann ist das mit wenig Aufwand umsetzbar. Auch andere Spannungslevel sind möglich; da erhalten die OEMs eine sehr flexible bidirektionale Lösung, mit der sie ihre unterschiedlichen Anforderungen im Power-Netzwerk abdecken und zügig umsetzen können.

Es sind somit nur eine Hochvolt-Schiene mit 800 oder 400 V sowie eine 12-V-Schiene erforderlich. Den Rest wie zum Beispiel 48 V decken die DC/DC-Wandler komplett ab. Mittlerweile gibt es nämlich viele Anwendungen im Fahrzeug, die mit 48 V günstiger laufen. Über die passenden Wandler-module steht der isolierten Last dann immer die passende Leistung bei 48 V zur Verfügung – von der Hochvolt-Schiene aus oder von der 12-V-Schiene. Bei einer 48-V-Lenkung könnte die Hochvolt-Schiene über den entsprechenden Wandler die Normalversorgung liefern, während die 12-V-Schiene als Backup zur Absicherung dienen kann. Über die 12-V-Zigarettenanzünder-Buchse lässt sich sogar der Ladezustand der Hochvolt-Batterie eines Hybrids erhalten; die DC/DC-Wandler sind dafür geeignet.

Alle Infos zum Bordnetze im Automobil Kongress

Der Bordnetze Kongress gilt als zentrale Branchenplattform für Entwickler, Zulieferer und OEMs, die sich mit der elektrischen und elektronischen Architektur heutiger Fahrzeuge befassen. Im Fokus stehen Trends wie zonale Architekturen, steigende Bordnetzspannungen, neue E/E-Konzepte sowie deren Auswirkungen auf Kosten, Gewicht und Komplexität. 

Der 14. Kongress "Bordnetze im Automobil" wird am 5. bis 6. Mai 2026 in Ludwigsburg, stattfinden. Sind Sie gespannt? Registrieren Sie sich jetzt und sichern Sie sich Ihr Ticket.

Weitere Informationen zum Bordnetze im Automobil Kongress finden Sie hier.

Welche Auswirkungen hat das auf das Bordnetz?

Haris Muhedinovic: Wir denken, dass der 48-V-Schiene die Zukunft gehört und dass 48 V die vorherrschende Niederspannung im Fahrzeug wird. 48 Volt ist das neue 12 Volt, aber 12 V wird weiterhin existieren. Die 12-V-Batterie wird langfristig aus den Fahrzeugen verschwinden und durch eine 48-V-Batterie ersetzt. Alle sicherheitsrelevanten Applikationen werden auf 48 V laufen, und die benötigen rein von der Safety-Architektur her definitiv eine Batterie als Backup. Weil die 12-V-Verbraucher dann nicht mehr Safety-kritisch sind, ist in einem Fahrzeug mit Hochvolt-Schiene auch keine 12-V-Batterie mehr erforderlich. DC/DC-Wandler liefern dann die für manche Subsysteme erforderlichen 12 V.

Wo wird 12 V nach wie vor eine Rolle spielen?

Haris Muhedinovic: Es wird diverse Domänen geben, die nach wie vor mit 12 V arbeiten. Gute Beispiele dafür sind Türmodule, Innenraumbeleuchtung und andere Verbraucher mit relativ niedriger Leistungsaufnahme. Derzeit lässt die Legacy es einfach noch nicht zu, die Systeme komplett von 12 V auf 48 V umzustellen, aber diese Spannung lässt sich mit kompakten 48-auf-12-Volt-Reglern gut bereitstellen. Ein solcher 48-auf-12-V-Wandler kann ja einem mit 12 V betriebenen Legacy-Steuergerät vorgeschaltet sein. Auch in den High-Performance-Anwendungen können wir sehr effizient die passende Spannung mit den hohen Strömen bereitstellen, indem wir direkt am Point of Load (PoL) von 48 V auf 1 V oder auf 0,8 V wandeln. Strom-Multiplizierer oder Sinusamplituden-Wandler, auch SACs oder Resonanzwandler genannt, sind dabei die erste Wahl. Das Problem sind ja stets die hohen Ströme, weil diese gemäß der Formel P = I2 * R quadratisch in die Verlustleistung eingehen. Daher ist es besser, mit der höheren Spannung von 48 V bis direkt zur Elektronik zu gehen und dort einen hocheffizienten PoL-Regler zu nutzen. Dieses Konzept nennt man auch Factorized Power Architecture. „Factorized”, weil wir hier feste Wandlerfaktoren haben wie zum Beispiel Faktor 4 zwischen 48 V und 12 V oder Faktor 48 für 48 V auf 1 V. Im Prinzip sind diese Factorized-Ratio-Wandler nichts Anderes als ein Transformator, der ja auch ein festes Windungsverhältnis und damit ein festes Wandlerverhältnis hat. Das sind somit – bildlich gesprochen – DC-Trafos.

Was für 48V-Leistungsmodule spricht

Steigende Leistungsanforderungen in Industrie, Rechenzentren und Mobilität stellen neue Anforderungen an Stromversorgungen. 48V-Leistungsmodule eröffnen hier effiziente, kompakte und skalierbare Lösungen für die nächste Entwicklungsstufe.

Warum sind diese DC-Trafos derzeit nur selten in den Designs zu finden?

Haris Muhedinovic: Bisher brauchten derartige Wandler ziemlich viel Platz, und auch der Wirkungsgrad war nicht immer optimal. Vicor hat jetzt mit der BCM-Serie neue Tatsachen geschaffen, denn diese Factorized-Ratio-Wandler liefern trotz ihrer geringen Baugröße einen sehr hohen Wirkungsgrad von bis zu 98 Prozent. Unsere Entwickler arbeiten dabei stets direkt mit der Fertigungsabteilung zusammen, denn es ist nicht so ganz einfach, 3,5 kW Leistung in einem derart kleinen Gehäuse zu beherrschen. Sehr wichtig ist dabei auch die Optimierung der thermischen Aspekte – auf der Wandlerebene genauso wie auf der Systemebene. Aber diese Probleme haben wir gelöst, und auch die parasitären Induktivitäten bzw. Kapazitäten haben wir gut im Griff. Übrigens sind all‘ unsere magnetischen Komponenten planar, so dass wir unsere magnetischen Werte automatisiert zu 100 Prozent reproduzieren können, denn die Distanz zwischen Primär- und Sekundärseite oder zwischen verschiedenen Lagen ist immer gleich. Da wir keine Spulen wickeln müssen, fallen auch die wicklungsspezifischen Herausforderungen weg. So haben wir das Design auf Board-Level wirklich vollständig unter Kontrolle.

Welche Rolle spielen dabei Wide-Bandgap-Halbleiter wie SiC und GaN?

Andreas Wisser: Wir nutzen sowohl Silizium-MOSFETs als auch Galliumnitrid-MOSFETs, aber wir sind auch gerade dabei, eigene, technologisch komplett neue Entwicklungen voranzutreiben.

Auch in Rechenzentren gibt es mittlerweile den Trend, direkt von 800 V auf 48 V oder auf noch geringere Spannungen direkt vor dem Point of Load zu wandeln. Welche Synergien gibt es da mit der Automotive-Welt?

Haris Muhedinovic: Ja, auch im High-Performance-Computing scheint sich 800 V als Backbone durchzusetzen, man denke nur an die von Nvidia vorangetriebenen Architekturen. Von der Hochvolt-Ebene geht es stets über 48 V als Zwischenebene. Da ist schon alleine auf Grund der Hochvolt-Sicherheit eine entsprechende galvanische Trennung und Berührungssicherheit erforderlich. Aber direkt daneben kann ja bereits der Wandler von 48 V auf 0,9 V untergebracht sein. Wir bekommen vermehrt Anfragen aus dem Bereich der Rechenzentren, und das ist nicht nur für eine rationelle Fertigung hoher Stückzahlen gut. So halten unsere in Automotive-Qualität entwickelten Designs im High-Performance-Computing Einzug. Wenn man bei diesen Computer-Racks mit einem Energieverbrauch im Megawatt-Bereich ein paar Prozent den Wirkungsgrad nach oben schraubt, dann senkt das nicht nur die Energiekosten für die eigentlichen Rechner. Auch die Kosten für die Kühlung, also für den Abtransport der Verlustwärme sinken entsprechend, und das lohnt sich sehr.

Was benötigen die Automobilhersteller und Tier-1s im Bereich der DC/DC-Wandler?

Haris Muhedinovic: Wir haben ja sehr enge Partnerschaften mit diversen OEMs. Neben den harten technischen Fakten wie Wirkungsgrad, Entwärmung, Baugröße etc. sind aber auch noch andere Faktoren wichtig. So helfen wir dabei, die Anzahl der Varianten möglichst gering zu halten. Mit unserer modularen Lösung können die OEMs auf einer vordefinierten Grundfläche wählen, ob sie verschiedene Leistungsklassen wie 2 kW, 4 kW oder auch 6 kW oder 10 kW wandeln wollen, um so verschiedene Produktsegmente mit einer Basiskonfiguration abzudecken – natürlich bei voller Software-Kompatibilität. Die OEMs wollen sich mittlerweile auch ganz bewusst im Leistungsbereich differenzieren, wobei dieses Spektrum vom Elektromotor über den Traktionsinverter und die Batterie inklusive Batteriemanagement bis hin zu den einzelnen DC/DC-Wandlern reicht. Dabei wollen die OEMs mehr als nur CoTS, also Components off the Shelf, sprich mehr als reine Standardkomponenten. Extrem wichtig ist auch der kleine Bauraum, denn Bauraum ist knapp und die Entwärmung eine echte Herausforderung. Genau hier kommen unsere Lösungen ins Spiel.

Save the date: 30. Automobil-Elektronik Kongress

Am 16. und 17. Juni 2026 findet zum 30. Mal der Internationale Automobil-Elektronik Kongress (AEK) statt. Dieser Netzwerkkongress ist bereits seit vielen Jahren der Treffpunkt für die Top-Entscheider der Elektro-/Elektronik-Branche und bringt nun zusätzlich die Automotive-Verantwortlichen und die relevanten High-Level-Manager der Tech-Industrie zusammen, um gemeinsam das ganzheitliche Kundenerlebnis zu ermöglichen, das für die Fahrzeuge der Zukunft benötigt wird. Trotz dieser stark zunehmenden Internationalisierung wird der Automobil-Elektronik Kongress von den Teilnehmern immer noch als eine Art "automobiles Familientreffen" bezeichnet.

Sichern Sie sich Ihr(e) Konferenzticket(s) für den 30. Automobil-Elektronik Kongress (AEK) im Jahr 2026! Folgen Sie außerdem dem LinkedIn-Kanal des AEK und #AEK_live.

Im Channel zum Automobil-Elektronik Kongress finden Sie Rück- und Vorberichterstattungen sowie relevanten Themen rund um die Veranstaltung.

Gar nicht so selten benötigt ein bestimmtes Fahrzeugdesign eine hohe Spitzenleistung von beispielsweise 5 kW, die aber nur maximal fünf Prozent der Zeit benötigt wird. Schon kommt ein herkömmlicher Wandler zum Einsatz, der eigentlich viel zu hoch spezifiziert ist, oder ein Supercap ist aus diesem Grund zu reichlich dimensioniert. Mit den neuen Modulen lassen sich diese Spitzen gut abfedern. Natürlich wird damit das Modul warm, aber unser 35-kW-Modul arbeitet beispielsweise mit 0,1 K/W, so dass es die Spitzenleistung schon eine ganze Zeit lang liefern kann. Ganz ohne Kühlkörper können wir 1,3 kW sechs Minuten lang liefern, so dass in vielen Fällen kein Supercap und keine Pufferbatterie mehr nötig sind. Diese DC/DC-Wandler des Typs BCM6135 sind schon seit kurzem in einigen brandneuen Fahrzeugmodellen in Serie. Der Vicor BCM6135 ist der leistungsstärkste und schnellste DC/DC-Wandler für die Umwandlung von Hochspannung in SELV (Safety Extra Low Voltage, also der Spannungsbereich bis 60 V, die Redaktion) und ein Katalysator für neue Innovationen im Bereich der Stromversorgung in Fahrzeugen.

Warum ist die Umstellung auf 48-Volt-Bordnetze jetzt wichtig?

Die Spannung steigt: VW und Audi treiben die Umstellung auf 48-Volt-Bordnetze voran. Auf dem 12. Bordnetz Kongress sprachen Dr. Bodo Specht von VW und Dr. Uli Mende von Audi über die Herausforderungen und Chancen der Umstellung auf 48 V im Automobil.

Wie ist denn die Akzeptanz der neuen Lösungen bei der Überführung in die Serie?

Andreas Wisser: In Europa sorgen die kommerziellen Rahmenbedingungen dafür, dass diese Innovationen im Vergleich zu den existierenden Lösungen bei der Überführung in die Serie oft auf der

Strecke bleiben, aber in Asien schaffen es die ganz neuen Produkte auch in die Serie. Das ist typisch für das China-Modell: die machen die Innovationen und konzentrieren sich im zweiten Schritt auf die Kostenoptimierung. Die Europäer wiederum kommen von einer Legacy mit einem kostenoptimierten Zulieferer-Modell und lassen in der Regel nur dann Innovationen zu, wenn diese Innovation auch gleichzeitig den Kostenvorteil bringt. Dadurch lassen sich Innovationen bei uns in Europa derzeit nicht so schnell abbilden wie in anderen Regionen.

Von welchen technischen Eckdaten sprechen wir beim Thema Power für SDVs?

Haris Muhedinovic: Ganz wesentlich ist eine schnelle Reaktion auf Stromänderungen; deshalb sind oft di/dt-Werte von 500 kA/s erforderlich. Wenn wir unser Modul mit 1,3 oder 1,5 MHz takten, dann schaffen wir das locker. Um das Rekuperieren von 12-V-Lasten zu ermöglichen, ist zum Beispiel die Bidirektionalität wichtig. Im Gegensatz zur 12-V-Batterie sind wir nicht von der Temperatur abhängig, denn unsere DC/DC-Wandler liefern auch bei -20 oder gar -40 °C bis +80 °C noch di/dt-Werte von bis zu 8 MA/s. Durch die festen Wandlerverhältnisse der Factorized Power Architecture ergibt sich aus einer Kapazität von 1 μF auf der 48-V-Schiene eine Kapazität von 16 μF auf der 12-V-Schiene, und das spart Kosten. Ein 65 g schweres 3,5-kW-Modul, das von 800 V auf 48 V wandelt, kann mittlerweile mit einem Wirkungsgrad von über 98 Prozent arbeiten und auch bei voller Last noch über 97 Prozent erzielen.

Wenn man derartige Aspekte im Rahmen einer Top-Down-Betrachtung in der Gesamtarchitektur sieht, dann ergibt sich mit diesen technischen Daten ein ganzheitliches Bild. Das Power-Design darf schließlich nicht der begrenzende Faktor für zukünftige Performance-Upgrades sein.

Das Interview führte Alfred Vollmer, Freier Journalist, Autor und Moderator.