電氣設備行業(yè)市場前景及投資研究報告：48V,efuse時代

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行業(yè)深度研究2024年01月28日eFuse：48V和efuse時代要到了嗎？摘要特斯拉2017年在Model3車型用eFuse替代低壓繼電器+熔斷器，雖然多數(shù)車企eFuse還暫未上車，但我們認為智能化領先的車型有望在新一代車型中應用eFuse，成為新趨勢。eFuse在電動車智能化中起到重要用，并在低壓電路12V→48V升級中使用個數(shù)提升。eFuse：更主動更智能的電子熔斷器eFuse本質上是一種集成電路，用于在故障情況下將電路電流、電壓限制在安全水平。eFuse嵌入了各種功能來保護系統(tǒng)免受浪涌電流、過流、過壓、反向電流、反極性和短路故障的影響。IC（集成）方案優(yōu)于分立式方案，功能更全面且更容易通過監(jiān)管審批。相較于傳統(tǒng)熔斷器，e-fuse優(yōu)勢突出。電子保險絲比傳統(tǒng)熔斷器具有多種優(yōu)勢：1）無需更換，減少了維護成本和時間；2）更高的精度，準確度；3）集成功能，節(jié)省空間。智能化程度提升，eFuse實現(xiàn)智能配電?

eFuse優(yōu)勢1：實現(xiàn)OTA，配合智能車軟件升級。對于傳統(tǒng)電子保險絲電流水平是固定的，而eFuse的電流水平可通過外部電阻器設置。OTA升級往往對應電壓、電流或功率變化，eFuse可通過編輯參數(shù)配合功能升級。若采用傳統(tǒng)保險絲，電路或需要重新設計，增加成本。?

eFuse優(yōu)勢2：主動保護，具有自恢復性，提升智能車安全性。故障率隨智能化程度提升而增加，eFuse可主動保護（類似于高壓電路中的激勵熔斷器），故障消失后恢復正常。隨著電動車智能化程度提升，軟件故障概率提升，eFuse反應速度快且可復位，提高車安全性。從12V→48V，功率上限提升，需要更多

eFuse電子電氣架構決定整車智能化功能發(fā)揮上限。相比12V，48V將電壓增加三倍，電流減少3/4，同時保持遠低于60V安全電壓，為車企最佳選擇。48V系統(tǒng)能承載更高功率設備，以滿足車載系統(tǒng)不斷增加的智能化、舒適化體驗。電動車智能化有望加速48V應用，電路復雜程度提升帶來fuse使用個數(shù)提升。傳統(tǒng)車上弱電部分保險絲超過20個，隨著電動車功能增加，我們認為電動車弱電部分熔斷器有望超過20個。投資建議中熔電氣：與汽車電子產業(yè)基金合作，基于公司在電路保護器件領域優(yōu)勢或布局eFuse。中熔優(yōu)勢在于對電路保護器件的理解，且中熔在高電壓主動保護器件激勵熔電器積累深厚，我們認為公司在汽車低壓部分主動保護器件（如efuse）或取得競爭優(yōu)勢。科博達：公司產品智能保險絲盒eFuse，主要為子電路或PC板提供局部快速響應保護；另外，該產品可提供系統(tǒng)級保護，以防止需要硬性永久關斷的大面積嚴重故障。目前，公司已獲得若干主機廠相關車型的項目定點。風險提示：新產品推廣不及預期、電動車智能化不及預期、研發(fā)進度緩慢、測算具有一定主觀性僅供參考。21.

引言31.

引言

特斯拉2017年在Model

3車型用eFuse替代低壓繼電器+熔斷器，雖然多數(shù)車企eFuse還暫未上車，但我們認為智能化領先的車型有望在新一代車型中應用eFuse。eFuse在電動車智能化中起到重要用，并在低壓電路12V→48V升級中使用個數(shù)提升。本篇報告從eFuse工作原理出發(fā)，聚焦幾個方面：?

EV智能化程度提升，eFuse實現(xiàn)智能配電；?

12V→48V，功率上限提升，需要更多

eFuse；?

eFuse單車用量等。42.

eFuse：更主動更智能的電子熔斷器5eFuse是一種集成電路，提供電路保護半導體解決方案

eFuse

是一種集成保護電路，用于在故障情況下將電路電流、電壓限制在安全水平。

eFuse

是一種有源電路保護器件，帶有集成

FET。

eFuse通過測量已知電阻器上的電壓來檢測電流，在電流超過設計限值時，通過場效應晶體管

(FET)切斷電流。負載電流通過FET和一個檢測電阻器，并通過該檢測電阻器上的電壓進行監(jiān)控。當該電壓超過預設值時，控制邏輯會斷開FET并切斷電流路徑。

eFuse嵌入多種保護等功能，通常很難用分立元件來實現(xiàn)。eFuse嵌入了各種功能來保護系統(tǒng)免受浪涌電流、過流、過壓、反向電流、反極性和短路故障的影響。eFuse

更準確、更快，并且可以在無需用戶干預的情況下自行修復。圖：e-fuse結構圖資料：Texas

Instruments、得捷電子官網(wǎng)，天風證券研究所6不僅僅是保險絲，內置保護功能解決電路故障

eFuse不僅僅是保險絲，且內置許多保護功能以解決電路故障。eFuse含集成控制器的功率MOSFET和許多內置保護功能，包括過壓、過流對電池短路和熱保護、診斷功能如電源自檢、電流監(jiān)測和故障/啟用等。在解決方案上，eFuse集成過流、過熱和過壓保護，通過防止損壞連接器、PCB

走線和下游組件，來提供保護用于熱插拔情況和常見電源故障或負載故障的應用，以及任何需要浪涌/浪涌電流限制的系統(tǒng)。圖：eFuse功能資料：安森美公眾號，天風證券研究所7eFuse具有傳統(tǒng)熔斷器大電流保護功能，且有過壓保護、可編程性等優(yōu)勢

熔斷器是一種過電流保護器，使用時將熔斷器串聯(lián)于被保護電路中，當電流超過規(guī)定值并經(jīng)過一定時間后，由熔體自身產生的熱量熔斷熔體，使電路斷開，從而起到保護的作用。eFuse除了有傳統(tǒng)熔斷器的過大電流保護功能，還具有以下新功能：?

過壓保護：借助一些額外的電路，eFuse

還可以提供過壓保護，以防止浪涌或感應跳閘，即當輸入電壓超過設定的過壓跳閘點時，切斷FET并在過壓條件持續(xù)期間保持在斷開狀態(tài)。?

反極性保護：eFuse

還可以提供反極性保護，如果電源反向連接，則迅速切斷電流。例如汽車電池因電纜意外接觸而短暫的反接。?

可編程性：可編程過電流保護和開啟時間。與傳統(tǒng)保護器件相比，eFuse可對通過電流閾值、啟動時間等保護參數(shù)進行靈活、簡單的編程。8eFuse無需更換，有更高精度，且有更多集成功能節(jié)省空間

相較于傳統(tǒng)熔斷器，eFuse優(yōu)勢突出。電子保險絲比傳統(tǒng)熔斷器具有多種優(yōu)勢：?

無需更換，減少了維護成本和時間：由于內置的FET被關斷以切斷電流，因此eFuse不會被單次過電流破壞。如果FET再次導通，通過施加與之前相同的電流，可以恢復正常工作。與不可逆熔斷的傳統(tǒng)熔斷器不同，它們可以重復使用，無需更換零件，降低了維修所需的成本和時間。?

更高的精度，準確度：電子保險絲提供精確的電流限制。它們的電流閾值可以精確設置和控制，確保對電路及其組件提供最佳保護。傳統(tǒng)的熔斷器利用熔斷絕緣和熱膨脹，因此關斷電流不能嚴格確定。傳統(tǒng)熔斷器，由于焦耳熱導致的溫度升高達到熔斷器材料的熔斷需要時間，因此從發(fā)生過電流到中斷存在時間滯后。在此期間，過電流持續(xù)流動。但是，由于eFuse可以在檢測過流的同時幾乎同時關斷開關和關斷電流，因此可以大大縮短過流發(fā)生的時間。?

集成功能，節(jié)省空間：eFuse是集成電路，它除了可以將過流保護功能，還可以將傳統(tǒng)熔斷器無法實現(xiàn)的過壓保護功能、沖擊電流抑制(擺率的控制)功能、過熱保護功能、反向電流防止功能等多種功能封裝在一個封裝中，節(jié)省車內安裝空間。圖：傳統(tǒng)保險絲與eFuse對比資料：意法半導體官網(wǎng)、天風證券研究所9IC（集成）方案優(yōu)于分立式方案，功能更全面且更容易通過監(jiān)管審批

分立式元件可構建基本的eFuse，但存在較多問題。隨著有源、無源分立式器件增多，分立式器件變得笨重且容易造成單個產品間性能變化，以及引起與初始容差、元器件老化和溫度引起漂移等相關問題。分立式存在許多局限性：1）分立式電路一般使用P溝道MOSFET作為通斷元件，實現(xiàn)相同導通電阻值比N溝道MOSFET更貴；2）效率低，會造成二極管功率耗散及電路板溫升；3）很難為無源元件FET提供足夠的熱保護；4）分立式電路需要很多元器件和電路板空間，而實現(xiàn)電路穩(wěn)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，且更容易通過監(jiān)管審批。IC方案可以解決分立式方案的部分或全部功能限制，且體積小、性能更穩(wěn)定，成本更低。監(jiān)管審批也是分立式路線面臨的一個關鍵問題，所有傳統(tǒng)熱保險絲都獲得了各種監(jiān)管機構標準的認可，能在適當情況下實現(xiàn)故障安全型的電流關斷功能。但要獲得同樣的審批，分立式解決方案非常困難且相當耗時。圖：分立式電子保險絲圖：全功能電子保險絲資料：Texas

Instruments、得捷電子官網(wǎng)，天風證券研究所103.

EV智能化程度提升，eFuse實現(xiàn)智能配電11eFuse是域控制器架構的關鍵要素，可確保車輛局部ECU受到保護且穩(wěn)定可靠

配電架構從集中式走向分布式，模塊化配電在車輛實現(xiàn)區(qū)域控制架構。集中式配電架構將電能從電池分配至各個負載系統(tǒng)，配電裝置包括中央繼電器、保險盒。智能配電系統(tǒng)采用分布式架構，包含多個通過互聯(lián)網(wǎng)絡（LIN）或控制器局域網(wǎng)（CAN）相互通信的小配電中心。這種模塊化方法允許在車輛上實現(xiàn)區(qū)域控制架構，大幅減少線束連接數(shù)量，優(yōu)化系統(tǒng)成本、重量，并改進電氣性能。

eFuse是域控制器架構的關鍵要素，可確保車輛局部ECU受到保護且穩(wěn)定可靠。域控架構下，傳統(tǒng)保險絲和機械繼電器可替換為更緊湊的電子保險絲

(eFuse)，以提供更先進的保護功能，且將保護和開關功能集成到單個小尺寸封裝中。eFuse是局部配電方案的重要組成部分，為車輛電子控制單元（ECU)多個負載點提供關鍵的智能保護。eFuse負責保護整個車輛的傳感器、攝像頭、低壓電機（汽車座椅、車窗控制等）、前大燈和尾燈免受過流影響。圖：汽車智能配電系統(tǒng)資料：意法半導體中國公眾號，天風證券研究所12eFuse優(yōu)勢1：實現(xiàn)OTA升級，配合智能車軟件升級

eFuse具有可編程的電流限值、過壓等，可配合OTA升級。電壓超過預設值時，控制邏輯會斷開FET并切斷電流路徑。對于傳統(tǒng)電子保險絲來說，電流水平是固定的，而eFuse的電流水平可通過外部電阻器設置。以德州儀器產品為例，TPS26620電子保險絲通常用于24V應用中，其設定的電流限值為500mA，工作電壓為4.5V至60V，最大電流為80mA，產品具有可編程的電流限值、過壓、欠壓和反極性保護功能。

OTA不斷開啟新功能，eFuse可通過編輯參數(shù)配合功能升級。軟件定義汽車已經(jīng)是行業(yè)內的共識，基礎硬件差異或越來越小，關鍵在于汽車給用戶的體驗的多樣性，而這種體驗的差異性在很大程度上是由汽車的軟件來決定的。通過OTA升級，可以不斷給用戶開啟新功能，不斷優(yōu)化產品體驗，進行快速迭代。功能升級往往對應電壓、電流或功率變化，eFuse可通過編輯參數(shù)配合功能升級。若采用傳統(tǒng)保險絲，電路或需要重新設計，增加成本。圖：OTA方案架構資料：云官網(wǎng)，天風證券研究所13eFuse優(yōu)勢2：主動保護，具有自恢復性，提升智能車安全性

故障率隨智能化程度提升而增加，eFuse可主動保護，故障消失后恢復正常運行。隨著電動車智能化程度提升，汽車中軟件代碼行數(shù)成正比不斷增長，隨之而來的是軟件工程復雜度指數(shù)級增長和軟件故障概率的提升。eFuse反應速度快且可復位，故障消失后可自動重啟恢復，提升智能車安全性。?

速度：反應快，其斷開反應時間為微秒級，有些設計能達到納秒級。?

可復位：根據(jù)具體型號，eFuse可選擇在激活后保持斷開（稱為閂鎖模式），或在當前故障消失后恢復正常工作（自動重啟模式）。在更換保險絲困難或成本較高的情況下，也很有用。圖：域控制器中使用

eFuse資料：安森美公眾號，天風證券研究所14eFuse優(yōu)勢2：主動保護，具有自恢復性，提升智能車安全性

eFuse使得電源管理更高效，為負載提供正確的電壓、電流。高端車輛使用多達數(shù)百個ECU，要求電源管理必須更高效，汽車電池和負載點之間的電源路徑更安全，以減少電子器件失效情況。傳統(tǒng)保險絲在導體過載時就會過熱熔化，而電子保險則是控制輸出電壓，限制輸出電流，為負載提供正確的電壓和電流；在失效持續(xù)出現(xiàn)時，最終斷開負載連接。因此用eFuse代替?zhèn)鹘y(tǒng)保險絲，可以提高電氣安全性。154.

12V→48V，功率上限提升，需要更多eFuse16電子電氣架構決定整車智能化功能發(fā)揮上限，12V→48V升級或成為未來趨勢

電子電氣架構決定整車智能化功能發(fā)揮上限。電子電氣架構（EEA）把汽車中的傳感器、電子控制單元ECU、線束整合在一起，實現(xiàn)汽車各項電氣化功能。智能化和娛樂化趨勢需要更高的功率，增加電壓一方面是提高功率上限，另一方面降低電流，減少線束的量，同時降低損耗并降低溫度。

相比12V，48V將電壓增加三倍，電流減少3/4，同時保持遠低于60V安全電壓，為車企最佳選擇。60V通常被認為是汽車上最高的安全電壓，48V可通過過載設計最高達到60V。驅動電機等多種設備也將受益于更高的工作電壓，需要更少的銅并且提供更大扭矩，同時有更小的封裝尺寸。圖：電動車多電壓架構資料：Aptiv，天風證券研究所17汽車電氣系統(tǒng)演進：12V系統(tǒng)已應用60多年，難以滿足電動車電氣化、智能化發(fā)展

燃油車低壓系統(tǒng)經(jīng)歷了從6V→12V的演變，2011年奧迪、寶馬、戴姆勒、保時捷、大眾聯(lián)合推出48V混動系統(tǒng)以滿足車載負載需求以及減排，而Cybertruck為特斯拉首款在整輛車中使用48V電氣系統(tǒng)的電動車。?

6V：1918年開始第一批大規(guī)模生產的汽車使用6V架構；20世紀50年代，隨著內燃機排量增加、高壓縮比內燃機出現(xiàn)，6V電壓系統(tǒng)無法滿足用電需求，因此推出12V系統(tǒng)。?

12V：20世紀60年代末，美國幾乎所有汽車都使用12V電壓系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)和組件都圍繞12V電壓標準進行統(tǒng)一，包括電動車窗、室內照明、點煙器、剎車燈燈。?

48V：2011年奧迪、寶馬、戴姆勒、保時捷、大眾聯(lián)合推出48V系統(tǒng)，以滿足車載負載需求以及更嚴格的排放法規(guī)。利用DC/DC轉換裝置，實現(xiàn)電氣系統(tǒng)12V/48V雙電壓架構，分別驅動不同元件。而Cybertruck為特斯拉首款在整輛車中使用48V電氣系統(tǒng)的電動車。

隨著電動車集成越來越多電氣組件，傳統(tǒng)12V系統(tǒng)難以滿足。12V系統(tǒng)所能提供的功率極限在3kw-4kw，加入功率需求較大的電氣裝備(如啟停系統(tǒng))后，12V系統(tǒng)承載能力達到極限，需要新電氣平臺的構建。在傳統(tǒng)12V系統(tǒng)中，空調、輔助駕駛系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)等控制單元都需要一套單獨的電線供應。車輛布線變得復雜而低效，難以適應電動車電氣化、智能化發(fā)展。18特斯拉：Cybertruck首次升級為48V，并開放設計圖紙給各大車廠

2023年3月，特斯拉在投資者日確認了輔助車載設備從12V轉向48V。目前大部分汽車仍在使用傳統(tǒng)汽車用的12V鉛酸電池，2021年開始，特斯拉將12V鉛酸電池改為12V鋰電池，重量更輕體積更小，循環(huán)壽命遠高于鉛酸電池。目前一些大型車輛在使用24V系統(tǒng)，但48V在汽車中仍然是一種新方案。

特斯拉將Cybertruck首次升級為48V，并實施文檔開放給各大車廠。2023年12月，特斯拉首批純電皮卡Cybertruck正式交付，輔助電池系統(tǒng)首次從12V升級為48V。特斯拉不僅自己升級48V，還把48V電路實施文檔開放給各大車廠。

特斯拉即將推出的所有其它車型車型，包括人型機器人都將采用48V系統(tǒng)

。2023年3月的投資者日，特斯拉表示接下來會將所有小電池全部升級到48V，包括其它的電動車車型以及人形機器人。圖：特斯拉未來低壓系統(tǒng)架構資料：Telsa

investorday2023，天風證券研究所1948V系統(tǒng)優(yōu)勢：承載更高功率設備，減小電流及損耗

48V系統(tǒng)能承載更高功率設備，以滿足車載系統(tǒng)不斷增加的智能化、舒適化體驗。隨著汽車功能增加，如電動轉向、電動懸架、音響系統(tǒng)、加熱座椅等，傳統(tǒng)12V配電總線已不堪重負，需要新的48V電氣平臺來滿足不斷增加的智能化、舒適化體驗需求。在電動車智能化時代，特斯拉自動輔助駕駛Autopilot感知、計算系統(tǒng)需要更高功率，4G/5G傳輸也需要可靠功率；自動輔助駕駛執(zhí)行部件線控轉向、線控剎車需要冗余功率來保證；娛樂系統(tǒng)（大屏幕、音響、GPU)也需要更多功率。

特斯拉在Cybertruck上取消了12V電池，僅保留48V電池，提高工作電壓以降低電流；而且特斯拉在ECU設計變電模塊，實現(xiàn)自由選擇12V或5V電壓。

電流減小，降低損耗并降低溫度，能減少對線材直徑需求。從12V到48V，相同功率下電壓提升4倍，電流減小為1/4。與高壓輸電類似，高電壓可提高傳輸效率，減少傳遞過程中損耗并降低溫度，使用更細的電線已節(jié)省重量和成本。

48V系統(tǒng)可以使整車結構變得更加簡潔。比如特斯拉

CyberTruck

用高速數(shù)據(jù)總線（網(wǎng)）替代了

CAN總線，可以用菊花鏈式方式，連接遺留系統(tǒng)中需要點對點布線運行的大多數(shù)組件。2048V系統(tǒng)帶來功率提升，電路復雜程度提升帶來fuse使用個數(shù)提升，電路重新設計或加速eFuse應用

電動車智能化加速48V應用，電路復雜程度提升帶來fuse使用個數(shù)提升。汽車擁有越來越豐富的電氣功能，用戶界面比傳統(tǒng)儀表板更類似于視頻游戲控制臺。隨著智能化程度提升，電動車有望配備ADAS（先進駕駛輔助系統(tǒng)）、導航系統(tǒng)以及環(huán)境控制，以及復雜的信息娛樂系統(tǒng)等功能。隨著汽車中的邊緣人工智能（如駕駛員警覺系統(tǒng)）越來越復雜，對更大功率的需求可能會迫使所有汽車制造商采用48V系統(tǒng)，更多電器的應用有望帶來fuse使用個數(shù)提升。

電路復雜程度提升，電路重新設計或加速eFuse應用。車端架構按功能域劃分，分為動力系統(tǒng)域、車身系統(tǒng)域、影音娛樂域、ADAS主動安全域、自動駕駛域，不同的功能域有著不同的通信網(wǎng)絡和功能安全等級設計。隨著電路復雜程度提升，我們認為電路重新設計或增加熔斷器、繼電器使用成本，且由于eFuse設計更為簡潔且可編寫、可擴展，或在48V系統(tǒng)中加速滲透。215.

eFuse單車用量22Model

3在2017年用eFuse替代低壓繼電器+熔斷器

特斯拉在

Model

3車型中移除低壓部分繼電器和熔斷器，用eFuse替代。2017年，特斯拉在model3中移除所有所有繼電器和熔斷器，用電子保險絲代替。eFuse

采用固態(tài)晶體管取代移動部件，可用軟件為電源系統(tǒng)提供細粒度的控制，并允許軟件執(zhí)行更先進的操作，例如在不利條件下減少汽車負載、

允許軟件控制下的瞬態(tài)故障重試，并且在整個過程中都能對電力系統(tǒng)進行詳細監(jiān)控。

智能化布局領先的車企有望在eFuse陸續(xù)跟進，尤其是新勢力車企。國產汽車品牌加速推廣高級別自動駕駛，2023年下半年包括小鵬、

等國內電動車企業(yè)在高速公路解決方案基礎上推出了城區(qū)高階智駕導航輔助系統(tǒng)，未來幾年將會有更多車企入局。圖：特斯拉從傳統(tǒng)繼電器、熔斷器轉向eFuses資料：

Teslainvestorday2023

、Tesla官網(wǎng)，天風證券研究所23單車用量：電動車eFuse個數(shù)單車或20個以上，隨智能化程度提升數(shù)量增加

參考電動車低壓系統(tǒng)，我們預計車上弱電部分保險絲超過20個，因此eFuse個數(shù)也可能超過20個。保險絲盒/面板通常位于發(fā)動機艙、儀表板下方，或后備箱中。保險絲盒包含多個保險絲，每個保險絲專用于保護特定電路或特定組件，每個電路都有一個具有適當額定值的指定保險絲。從數(shù)量上看，我們預計車上弱電部分保險絲超過20個，而保險絲盒數(shù)量僅2個。?

10A保險絲：安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、引擎、收音機、儀表、發(fā)動機控制模板、防盜、免提、倒車燈、變速箱控制模塊、診斷等；?

15A保險絲：點煙器燈、自動空調/時鐘、警告燈、外接插座、防盜、轉向信號燈、后霧燈、天窗；?

25A保險絲：雨刮器。圖：保險絲盒圖圖：汽車弱電部分保險絲用途資料：歐嘉斐汽車養(yǎng)護配件界公眾號，天風證券研究所246.

eFuse