电气设备行业市场前景及投资研究报告：48V,efuse时代

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行业深度研究2024年01月28日eFuse：48V和efuse时代要到了吗？摘要特斯拉2017年在Model3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，成为新趋势。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。eFuse：更主动更智能的电子熔断器eFuse本质上是一种集成电路，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。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。相较于传统熔断器，e-fuse优势突出。电子保险丝比传统熔断器具有多种优势：1）无需更换，减少了维护成本和时间；2）更高的精度，准确度；3）集成功能，节省空间。智能化程度提升，eFuse实现智能配电✓

eFuse优势1：实现OTA，配合智能车软件升级。对于传统电子保险丝电流水平是固定的，而eFuse的电流水平可通过外部电阻器设置。OTA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（类似于高压电路中的激励熔断器），故障消失后恢复正常。随着电动车智能化程度提升，软件故障概率提升，eFuse反应速度快且可复位，提高车安全性。从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。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。48V系统能承载更高功率设备，以满足车载系统不断增加的智能化、舒适化体验。电动车智能化有望加速48V应用，电路复杂程度提升带来fuse使用个数提升。传统车上弱电部分保险丝超过20个，随着电动车功能增加，我们认为电动车弱电部分熔断器有望超过20个。投资建议中熔电气：与汽车电子产业基金合作，基于公司在电路保护器件领域优势或布局eFuse。中熔优势在于对电路保护器件的理解，且中熔在高电压主动保护器件激励熔电器积累深厚，我们认为公司在汽车低压部分主动保护器件（如efuse）或取得竞争优势。科博达：公司产品智能保险丝盒eFuse，主要为子电路或PC板提供局部快速响应保护；另外，该产品可提供系统级保护，以防止需要硬性永久关断的大面积严重故障。目前，公司已获得若干主机厂相关车型的项目定点。风险提示：新产品推广不及预期、电动车智能化不及预期、研发进度缓慢、测算具有一定主观性仅供参考。21.

引言31.

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。42.

eFuse：更主动更智能的电子熔断器5eFuse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。图：e-fuse结构图资料：Texas

Instruments、得捷电子官网，天风证券研究所6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。图：eFuse功能资料：安森美公众号，天风证券研究所7eFuse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。8eFuse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。图：传统保险丝与eFuse对比资料：意法半导体官网、天风证券研究所9IC（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。图：分立式电子保险丝图：全功能电子保险丝资料：Texas

Instruments、得捷电子官网，天风证券研究所103.

EV智能化程度提升，eFuse实现智能配电11eFuse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。图：汽车智能配电系统资料：意法半导体中国公众号，天风证券研究所12eFuse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。图：OTA方案架构资料：云官网，天风证券研究所13eFuse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。图：域控制器中使用

eFuse资料：安森美公众号，天风证券研究所14eFuse优势2：主动保护，具有自恢复性，提升智能车安全性

eFuse使得电源管理更高效，为负载提供正确的电压、电流。高端车辆使用多达数百个ECU，要求电源管理必须更高效，汽车电池和负载点之间的电源路径更安全，以减少电子器件失效情况。传统保险丝在导体过载时就会过热熔化，而电子保险则是控制输出电压，限制输出电流，为负载提供正确的电压和电流；在失效持续出现时，最终断开负载连接。因此用eFuse代替传统保险丝，可以提高电气安全性。154.

12V→48V，功率上限提升，需要更多eFuse16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。图：电动车多电压架构资料：Aptiv，天风证券研究所17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。

随着电动车集成越来越多电气组件，传统12V系统难以满足。12V系统所能提供的功率极限在3kw-4kw，加入功率需求较大的电气装备(如启停系统)后，12V系统承载能力达到极限，需要新电气平台的构建。在传统12V系统中，空调、辅助驾驶系统、信息娱乐系统等控制单元都需要一套单独的电线供应。车辆布线变得复杂而低效，难以适应电动车电气化、智能化发展。18特斯拉：Cybertruck首次升级为48V，并开放设计图纸给各大车厂

2023年3月，特斯拉在投资者日确认了辅助车载设备从12V转向48V。目前大部分汽车仍在使用传统汽车用的12V铅酸电池，2021年开始，特斯拉将12V铅酸电池改为12V锂电池，重量更轻体积更小，循环寿命远高于铅酸电池。目前一些大型车辆在使用24V系统，但48V在汽车中仍然是一种新方案。

特斯拉将Cybertruck首次升级为48V，并实施文档开放给各大车厂。2023年12月，特斯拉首批纯电皮卡Cybertruck正式交付，辅助电池系统首次从12V升级为48V。特斯拉不仅自己升级48V，还把48V电路实施文档开放给各大车厂。

特斯拉即将推出的所有其它车型车型，包括人型机器人都将采用48V系统

。2023年3月的投资者日，特斯拉表示接下来会将所有小电池全部升级到48V，包括其它的电动车车型以及人形机器人。图：特斯拉未来低压系统架构资料：Telsa

investorday2023，天风证券研究所1948V系统优势：承载更高功率设备，减小电流及损耗

48V系统能承载更高功率设备，以满足车载系统不断增加的智能化、舒适化体验。随着汽车功能增加，如电动转向、电动悬架、音响系统、加热座椅等，传统12V配电总线已不堪重负，需要新的48V电气平台来满足不断增加的智能化、舒适化体验需求。在电动车智能化时代，特斯拉自动辅助驾驶Autopilot感知、计算系统需要更高功率，4G/5G传输也需要可靠功率；自动辅助驾驶执行部件线控转向、线控刹车需要冗余功率来保证；娱乐系统（大屏幕、音响、GPU)也需要更多功率。

特斯拉在Cybertruck上取消了12V电池，仅保留48V电池，提高工作电压以降低电流；而且特斯拉在ECU设计变电模块，实现自由选择12V或5V电压。

电流减小，降低损耗并降低温度，能减少对线材直径需求。从12V到48V，相同功率下电压提升4倍，电流减小为1/4。与高压输电类似，高电压可提高传输效率，减少传递过程中损耗并降低温度，使用更细的电线已节省重量和成本。

48V系统可以使整车结构变得更加简洁。比如特斯拉

CyberTruck

用高速数据总线（网）替代了

CAN总线，可以用菊花链式方式，连接遗留系统中需要点对点布线运行的大多数组件。2048V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。215.

eFuse单车用量22Model

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、

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。图：特斯拉从传统继电器、熔断器转向eFuses资料：

Teslainvestorday2023

、Tesla官网，天风证券研究所23单车用量：电动车eFuse个数单车或20个以上，随智能化程度提升数量增加

参考电动车低压系统，我们预计车上弱电部分保险丝超过20个，因此eFuse个数也可能超过20个。保险丝盒/面板通常位于发动机舱、仪表板下方，或后备箱中。保险丝盒包含多个保险丝，每个保险丝专用于保护特定电路或特定组件，每个电路都有一个具有适当额定值的指定保险丝。从数量上看，我们预计车上弱电部分保险丝超过20个，而保险丝盒数量仅2个。✓

10A保险丝：安全气囊、防抱死系统、引擎、收音机、仪表、发动机控制模板、防盗、免提、倒车灯、变速箱控制模块、诊断等；✓

15A保险丝：点烟器灯、自动空调/时钟、警告灯、外接插座、防盗、转向信号灯、后雾灯、天窗；✓

25A保险丝：雨刮器。图：保险丝盒图图：汽车弱电部分保险丝用途资料：欧嘉斐汽车养护配件界公众号，天风证券研究所246.

eFuse