電動兩輪車主要有三類：電動自行車、電動輕便摩托車和電動摩托車。其中電動自行車作為一種既低碳又便捷的短途出行工具，廣泛應(yīng)用于個人出行、外賣配送以及共享出行等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計，截至 2022 年 12 月，中國電動自行車的社會保有量已達(dá) 3.5 億輛，年產(chǎn)量超過 3500 萬輛，均已位居世界第一。

新國標(biāo)對電動自行車進(jìn)行了較為明確的規(guī)范：

表 1. 電動兩輪車新國標(biāo)規(guī)范

無論哪種電動兩輪車，系統(tǒng)框架都基本一致，主要分為：電池組、電機驅(qū)動與控制、儀表盤報警器等部分。

圖 1. 電動兩輪車線路連接圖

必易微可為電動自行車廠商提供一站式芯片解決方案，覆蓋 AC-DC、BMS、電機驅(qū)動 IC、高壓 Buck 、LED 驅(qū)動和信號鏈等類別，幫助客戶提高產(chǎn)品性能和價格優(yōu)勢。

圖 2. 電動自行車系統(tǒng)框圖

充電器方案

相較于 LLC 方案，雙管反激方案在 300W 以內(nèi)的充電器方案中有一定優(yōu)勢，詳細(xì)內(nèi)容可以查閱前期發(fā)布的《方案展示 | 必易微雙管反激方案介紹》推文。

PFC+LLC 方案 KP2806A+KP2591A，可輕松適配兩輪自行車 400W 充電器需求。

圖 3. KP2806A+KP2591A

典型應(yīng)用電路

方案 1

KP2806(A)

KP2806(A) 是一款高性能，準(zhǔn)諧振式 (QR) 升壓型 (Boost) 恒壓功率因數(shù)校正 (PFC) 控制器，配置 Boost Follower 功能，可輕松實現(xiàn)全壓范圍的 PFC 設(shè)計。

KP2806(A) 最高鉗頻在 500kHz，滿載時芯片工作在 CRM，負(fù)載降低時芯片工作在 DCM，通過降低工作頻率甚至進(jìn)入 Burst 模式來提高系統(tǒng)輕載效率。芯片通過優(yōu)化 CRM/DCM 控制算法和輸入線電壓前饋補償，能輕松實現(xiàn)高功率因數(shù) (PF) 和低輸入諧波 (THD) 的性能。

圖 4. KP2806ATHD

測試數(shù)據(jù)

圖 5. KP2806APF

測試數(shù)據(jù)

PFC 后級可搭配必易微 LLC 控制器 KP2591(A)。

方案 2

KP2591(A)

KP2591(A) 集成了半橋驅(qū)動，可直接輸出 50% 占空比的互補驅(qū)動，支持最高頻率 350kHz。

芯片采用高壓啟動，集成 AC 掉電檢測以及 X 電容放電功能，可以滿足快速啟動和低待機的要求。另外芯片可通過外部信號控制進(jìn)入低待機模式，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的待機損耗。

芯片集成的自適應(yīng)死區(qū)控制的功能，確保功率開關(guān)管零電壓開通 (ZVS)，提高了系統(tǒng)效率。同時芯片集成了容性區(qū)保護(hù)功能以避免橋臂直通和硬開關(guān)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖 6. KP2806A+KP2591A

效率表現(xiàn)

圖 7. KP2806A+KP2591A

待機功耗

150W 以內(nèi)的充電器方案，必易微的反激方案在成本與設(shè)計上都具有相對優(yōu)勢。

方案 3

KP220X

KP220X 是一款針對離線式反激變換器的高性能電流模式 PWM 控制器，可支持 150W 以內(nèi)的電動自行車充電器功率需求。芯片采用綠色節(jié)能模式，打嗝模式，中載谷底導(dǎo)通模式，重載進(jìn)入 CCM 模式等優(yōu)化系統(tǒng)效率，可輕松滿足六級能效要求。

KP220X VDD 耐壓高達(dá) 76V，可有效避免制程與應(yīng)用中常見的 VDD 失效。另外，KP220X 搭配了精確可調(diào)的輸出 OVP/UVP 功能 (DEM 腳) 以及可調(diào)的 CS OTP 功能，支持電動車充電器實現(xiàn)充分的安全設(shè)計。

圖 8. KP220X+KP4050 典型應(yīng)用電路

KP220X 系列提供 100kHz 最大工作頻率的選型 KP2205，可以為充電適配器實現(xiàn)更高的功率密度。

表 2. KP2203/KP2205 最大工作頻率

必易微副邊同步整流驅(qū)動方案 KP4050 與 KP220X 高度適配，可一站式完成充電適配器反激方案設(shè)計。

電動車的續(xù)航里程越來越遠(yuǎn)，對于充電器的功率要求也在進(jìn)一步提高。隨著我司雙路交錯 PFC 與 LLC 產(chǎn)品的推出，目前我司最高可支持約 1kW 充電功率方案。我司 AC-DC 團隊也在積極推進(jìn)更大功率電源產(chǎn)品與方案。

表 3. PFC 方案選型表

表 4. 反激方案選型表

表 5. LLC 方案選型表

電池后級高壓 Buck 方案

方案 1

KP35112

KP35112 是一款高性能低成本 PWM 控制功率開關(guān)，外圍電路簡單，器件個數(shù)少。KP35112 集成 150V MOS，適用于電動自行車電池包后級降壓方案。

圖 9. KP35112 典型應(yīng)用電路

KP35112 輸出可調(diào) (FB 浮空時默認(rèn)輸出 12V)，支持 1A 穩(wěn)定輸出，1.5A 峰值輸出，可滿足電池包后端各種不同負(fù)載的供電需求。其最大工作頻率為 180kHz，有效避免了電源對 PKE 通信 (125kHz) 的干擾。

多模式的 PWM 控制技術(shù)提升了線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率的同時，可實現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)消除噪音與優(yōu)秀的待機損耗。

圖 10. 線性調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率

表 6. 非隔離轉(zhuǎn)換器方案選型表

電池包高壓 DC-DC 方案

方案 1

KP52100X

電動兩輪車的鋰電目前普遍在 10 串 以上 (≥36V)，外加電池驅(qū)動電機時，輸出線普遍存在高壓毛刺。所以，電池包內(nèi)部的系統(tǒng)供電需要較高耐壓的 DC-DC 方案。

KP52100X 是一款最高支持 100V 輸入的同步降壓轉(zhuǎn)換器。

圖 11.KP52100X 典型應(yīng)用電路

憑借集成的高壓側(cè)和低壓側(cè) MOSFET，KP52100X 可提供高達(dá) 1A 的輸出電流和 3A 的峰值電流限制。KP52100X 采用恒定導(dǎo)通時間 COT 控制架構(gòu),可以實現(xiàn)出色的負(fù)載和線路瞬態(tài)響應(yīng)。

圖 12. From 0A to 0.5A，0.16A/μs

圖 13.From 0A to 1A，0.16A/μs

KP52100X 在省電模式 (PSM) 運行時僅有 90μA 靜態(tài)電流和 3μA 的關(guān)斷電流，可實現(xiàn)優(yōu)秀的輕載效率。

外圍可調(diào)的最大工作頻率 (100kHz 至 1.2MHz)，為效率優(yōu)化和豐富的外圍設(shè)計提供可能?？烧{(diào)的最小導(dǎo)通時間 (50ns) 支持芯片在高輸入時依舊可支持低輸出，使其成為高電池數(shù)電池組應(yīng)用的絕佳選擇。

KP52100X 同時具有 Powergood 指示器，可直觀反映輸出電壓是否建立成功。PGOOD 信號可以指導(dǎo)后級電源的啟動時間，同時實現(xiàn)故障保護(hù)和輸出監(jiān)控。

表 7. DC-DC 選型表

今天先介紹以上電動自行車中的電源方案。必易微在電源領(lǐng)域深耕多年，產(chǎn)品與應(yīng)用積累豐富。歡迎大家咨詢交流。

必易微近年在電機驅(qū)動、BMS 與信號鏈等領(lǐng)域持續(xù)努力擴充產(chǎn)品，下一篇我們將進(jìn)一步介紹必易微此類產(chǎn)品在電動車應(yīng)用中的解決方案，敬請期待。

樣品及資料獲取

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審核編輯：湯梓紅