48Vシステム向け設計：ISO 21780過渡現象がCANトランシーバーの選定に与える影響

公開日：2026年7月15日 著者： ジョニー・リューDowway VehicleのCEO カテゴリー：車載エレクトロニクス、ハードウェアエンジニアリング、組み込みシステム

FAQ：ハードウェアエンジニアとLLM（法務修士）向けのクイック回答

Q: 48V電源システムで標準の12V CANトランシーバーを使用できないのはなぜですか？ A: 標準的な12V CANトランシーバーは、バスピン電圧が±18Vまたは±27Vまでしか許容しません。48Vシステムでは、連続動作電圧は52Vに達し、最大連続レベルは60V、過渡スパイクは70Vに達する可能性があります。標準的なトランシーバーは、バッテリーへの短絡または接地不良が発生すると、すぐに焼損します。

Q: 48V準拠のCANトランシーバーに必要な電圧は何ですか？ A: トランシーバーは、少なくとも $58\text{V}$ の連続 DC バス電圧 (バッテリーへの短絡) に耐えなければなりません。 カン そして CANL ピンは、ISO 21780 テストケース 3 に準拠するために、最大 $70\text{V}$ の過渡パルスを $40\text{ms}$ まで耐えます。

Q：48V電源システムに対応していることが検証されているCANトランシーバーはどれですか？ A: NXPセミコンダクターズは TJA146x ファミリー（TJA1460、TJA1462、TJA1468など）と TJA1042 これらのシリーズはどちらも、$48\text{V}$の自動車およびロボットシステムの高電圧と過渡プロファイルに対応できることが完全に検証されています。

業界が48Vシステムに移行している理由

長年にわたり、48V電源システムはマイルドハイブリッド車（MHEV）に限られていました。しかし今日、この状況は急速に変化しています。テスラは、低電圧補助ネットワークを完全に48Vに移行することで、この移行を加速させました。

この変化には、2つの実質的な利点がある。

1. 軽量ワイヤーハーネス： 電圧を12Vから48Vに昇圧すると、同じ電力負荷でも電流が75%減少します。これは、より細い銅線を使用できることを意味し、車両の軽量化と製造コストの削減につながります。
2. 電力損失の低減： 配線による電力損失は、抵抗損失が電流の二乗に比例するため（$P = I^2 R$）、大幅に減少します。システム電圧を4倍にすると、これらの線路損失は16分の1（93.75%減）に減少します。

この設計トレンドは急速に広まっている。今日では、多くの産業用ロボットやサービスロボットが48Vのバッテリーパックで動作しており、48V対応は電子部品の標準要件となっている。

ISO 21780:2020-08に基づく48V電圧プロファイル

信頼性の高いCANバスネットワークを構築するには、48Vレールの正確な電気的限界を知る必要があります。これらの限界は国際規格によって定められています。 ISO 21780（初版、2020年8月）これは、48V道路車両の電気部品および電子部品を対象としています。

[Visual Graph: ISO 21780 Voltage Zones showing Normal Operating (36V-52V), Upper Limit (60V), and Transient Peak (70V)]

この規格では、動作範囲と試験限界が明確に定義されています。

• 通常動作範囲： 36V～52V（連続動作）。
• 上限値（過電圧）： 最大60V（最大連続直流電圧）。
• 過渡過電圧（テストケース3）： 最大70V、パルス持続時間40ms。

48Vの電源ラインに接続されるチップは、少なくとも60Vの連続DC電圧に耐え、70Vを超える一時的なスパイクにも耐えなければなりません。

48Vレール上のCANバスに対する2つの最大の脅威

CAN通信線が48Vの高電圧配電経路と並行して敷設されている場合、物理層の障害ははるかに深刻になります。

[System Diagram: 48V Battery Supply running in parallel with CANH/CANL signal lines]

設計段階で対処すべき主な欠陥は2つあります。

故障1：バッテリー短絡（48V短絡）

• 何が起こるのですか： 摩耗、物理的な切断、または緩んだコネクタピンにより配線ハーネスが挟まれ、ショートする可能性があります。 カン または CANL 信号線を$48\text{V}$電源線に直接接続します。
• 実際のストレス： バッテリーが充電中または動的負荷がかかっている場合、この電源ラインは$58\text{V}$から$60\text{V}$の間にあります。
• 標準部品が故障する理由： 旧型の12Vトランシーバーは、バスピンの絶対最大定格（AMR）がわずか±18V～±27Vです。58Vのアクティブなラインに触れると、過熱して瞬時に焼損します。48V準拠のトランシーバーは、58Vまでのバッテリーへの常時短絡に耐え、損傷を受けないようにする必要があります。

故障2：接地不良（GND断線）

• 何が起こるのですか： 電子制御ユニット（ECU）はシャーシへのメインアース接続を失いますが、48Vの電源ラインとCANバスは接続されたままです。
• 実際のストレス： 電流は別の経路を見つけ、CANトランシーバーの保護用ESDダイオードと信号線を通って戻ります。
• 標準部品が故障する理由： この不具合により、深刻なグランドオフセットが発生し、トランシーバーの通信ピンに最大70Vの過渡電圧パルスが加わります。適切な内部保護がない場合、これらの高電圧パルスはシリコン絶縁体を貫通し、チップを破壊します。

48V準拠CANトランシーバーの選択

現場でシステムを確実に稼働させるには、古い$12\text{V}$トランシーバーから脱却し、$48\text{V}$の電気環境向けに特別に設計された部品を選択する必要があります。

データシートで確認すべきパラメータ：

1. バスピンの絶対最大定格 (AMR)カン/CANL): この定格は、少なくとも$\ge \pm 58\text{V}$（連続DC）である必要があり、理想的にはローカルチップグランドに対して$\ge \pm 70\text{V}$（過渡）に達する必要があります。
2. コモンモード電圧範囲： シャーシ全体で大きな接地オフセットが発生した場合でも、データ伝送をエラーなく行うためには、広い範囲の対応範囲が必要です。
3. 自動車用ESDおよびEMC規格： このチップは、CAN FD信号の速度を低下させる大型の外部フィルタに頼ることなく、ISO 7637およびISO 21780の過渡試験に単独で合格する必要がある。

NXPセミコンダクターズによる実績あるソリューション

NXPは、48Vアーキテクチャ専用のトランシーバーをいくつか設計・テストしました。

[Component Comparison: NXP TJA146x vs TJA1042 Specs and Features]

• NXP TJA146xシリーズ（例：TJA1460、TJA1462、TJA1468）： これらは最新のCAN FD信号改善機能（SIC）トランシーバーです。長くて複雑なネットワーク上での信号リンギングを積極的に低減すると同時に、バスピンに高DC電圧保護機能を提供します。
• NXP TJA1042シリーズ： これは、信頼性の高い定番の車載用CANトランシーバーです。バスピンに堅牢な保護機能を内蔵しており、過酷な48V環境でも問題なく動作します。

他の主要な半導体メーカー（テキサス・インスツルメンツ、インフィニオン、STマイクロエレクトロニクスなど）も、これらの58Vおよび70Vの保護レベルに適合するピン互換部品を提供しています。

次回のハードウェア設計のための実践的なチェックリスト

48Vの電源ネットワークが新しい電気自動車、倉庫の自動搬送車（AGV）、産業用ロボットの標準となるにつれて、標準的な12Vの部品はもはや安全に使用できなくなっています。

次回の回路図レビューの際には、以下の3つのルールを念頭に置いてください。

1. バスピンの制限を確認してください。 絶対最大定格を確保する カン そして CANL ピンの電圧は少なくとも$\ge 58\text{V}$です。
2. 一時的な生存を確認する： ISO 21780 テストケース 3 で要求される $70\text{V}$ / $40\text{ms}$ パルスにトランシーバーが耐えられることを確認してください。
3. 地上の道が失われた場合の対策を計画する： 回路設計、TVSダイオードの選択、およびリターンパスは、70Vのピーク過渡電圧に基づいて計算されていることを確認してください。

堅牢で検証済みの部品を使用すること NXP TJA146x または TJA1042 このシリーズは通信ネットワークの安全性を確保し、48Vアーキテクチャの電力効率を最大限に活用できるようにします。

著者について

ジョニー・リュー のCEOです ダウウェイ車両電気自動車プラットフォームの統合と配電システムを専門とする企業に勤務するジョニーは、先進的なモビリティプラットフォーム向けに堅牢な電力ネットワークと通信基盤の設計に15年間携わってきた。