电动自行车 | 必易微提供一站式芯片解决方案 (上）

必易微充电头网 2023-12-31

电动两轮车主要有三类：电动自行车、电动轻便摩托车和电动摩托车。其中电动自行车作为一种既低碳又便捷的短途出行工具，广泛应用于个人出行、外卖配送以及共享出行等领域。据统计，截至 2022 年 12 月，中国电动自行车的社会保有量已达 3.5 亿辆，年产量超过 3500 万辆，均已位居世界第一。

新国标对电动自行车进行了较为明确的规范：

表 1. 电动两轮车新国标规范

无论哪种电动两轮车，系统框架都基本一致，主要分为：电池组、电机驱动与控制、仪表盘报警器等部分。

图 1. 电动两轮车线路连接图

必易微可为电动自行车厂商提供一站式芯片解决方案，覆盖 AC-DC、BMS、电机驱动 IC、高压 Buck 、LED 驱动和信号链等类别，帮助客户提高产品性能和价格优势。

图 2. 电动自行车系统框图

充电器方案

相较于 LLC 方案，双管反激方案在 300W 以内的充电器方案中有一定优势，详细内容可以查阅前期发布的必易微双管反激方案介绍推文。

PFC+LLC 方案 KP2806A+KP2591A，可轻松适配两轮自行车 400W 充电器需求。

图 3. KP2806A+KP2591A

典型应用电路

方案 1 KP2806(A)

KP2806(A) 是一款高性能，准谐振式 (QR) 升压型 (Boost) 恒压功率因数校正 (PFC) 控制器，配置 Boost Follower 功能，可轻松实现全压范围的 PFC 设计。

KP2806(A) 最高钳频在 500kHz，满载时芯片工作在 CRM，负载降低时芯片工作在 DCM，通过降低工作频率甚至进入 Burst 模式来提高系统轻载效率。芯片通过优化 CRM/DCM 控制算法和输入线电压前馈补偿，能轻松实现高功率因数 (PF) 和低输入谐波 (THD) 的性能。

图 4. KP2806A THD 测试数据

图 5. KP2806A PF 测试数据

PFC 后级可搭配必易微 LLC 控制器 KP2591(A)。

方案 2 KP2591(A)

KP2591(A) 集成了半桥驱动，可直接输出 50% 占空比的互补驱动，支持最高频率 350kHz。

芯片采用高压启动，集成 AC 掉电检测以及 X 电容放电功能，可以满足快速启动和低待机的要求。另外芯片可通过外部信号控制进入低待机模式，进一步降低了系统的待机损耗。

芯片集成的自适应死区控制的功能，确保功率开关管零电压开通 (ZVS)，提高了系统效率。同时芯片集成了容性区保护功能以避免桥臂直通和硬开关，提高了系统的可靠性。

图 6. KP2806A+KP2591A 效率表现

图 7. KP2806A+KP2591A 待机功耗

150W 以内的充电器方案，必易微的反激方案在成本与设计上都具有相对优势。

方案 3 KP220X

KP220X 是一款针对离线式反激变换器的高性能电流模式 PWM 控制器，可支持 150W 以内的电动自行车充电器功率需求。芯片采用绿色节能模式，打嗝模式，中载谷底导通模式，重载进入 CCM 模式等优化系统效率，可轻松满足六级能效要求。

KP220X VDD 耐压高达 76V，可有效避免制程与应用中常见的 VDD 失效。另外，KP220X 搭配了精确可调的输出 OVP/UVP 功能 (DEM 脚) 以及可调的 CS OTP 功能，支持电动车充电器实现充分的安全设计。

图 8. KP220X+KP4050 典型应用电路

KP220X 系列提供 100kHz 最大工作频率的选型 KP2205，可以为充电适配器实现更高的功率密度。

表 2. KP2203/KP2205 最大工作频率

必易微副边同步整流驱动方案 KP4050 与 KP220X 高度适配，可一站式完成充电适配器反激方案设计。

电动车的续航里程越来越远，对于充电器的功率要求也在进一步提高。随着我司双路交错 PFC 与 LLC 产品的推出，目前我司最高可支持约 1kW 充电功率方案。我司 AC-DC 团队也在积极推进更大功率电源产品与方案。

表 3. PFC 方案选型表

表 4. 反激方案选型表

表 5. LLC 方案选型表

电池后级高压 Buck 方案

方案 1 KP35112

KP35112 是一款高性能低成本 PWM 控制功率开关，外围电路简单，器件个数少。KP35112 集成 150V MOS，适用于电动自行车电池包后级降压方案。

图 9. KP35112 典型应用电路

KP35112 输出可调 (FB 浮空时默认输出 12V)，支持 1A 稳定输出，1.5A 峰值输出，可满足电池包后端各种不同负载的供电需求。其最大工作频率为 180kHz，有效避免了电源对 PKE 通信 (125kHz) 的干扰。

多模式的 PWM 控制技术提升了线性调整率和负载调整率的同时，可实现全负载范围内消除噪音与优秀的待机损耗。

图 10. 线性调整率与负载调整率

表 6. 非隔离转换器方案选型表

电池包高压 DC-DC 方案

方案 1 KP52100X

电动两轮车的锂电目前普遍在 10 串以上 (≥36V)，外加电池驱动电机时，输出线普遍存在高压毛刺。所以，电池包内部的系统供电需要较高耐压的 DC-DC 方案。

KP52100X 是一款最高支持 100V 输入的同步降压转换器。

图 11.KP52100X 典型应用电路

凭借集成的高压侧和低压侧 MOSFET，KP52100X 可提供高达 1A 的输出电流和 3A 的峰值电流限制。KP52100X 采用恒定导通时间 COT 控制架构,可以实现出色的负载和线路瞬态响应。

图 12. From 0A to 0.5A，0.16A/μs

图 13.From 0A to 1A，0.16A/μs

KP52100X 在省电模式 (PSM) 运行时仅有 90μA 静态电流和 3μA 的关断电流，可实现优秀的轻载效率。

外围可调的最大工作频率 (100kHz 至 1.2MHz)，为效率优化和丰富的外围设计提供可能。可调的最小导通时间 (50ns) 支持芯片在高输入时依旧可支持低输出，使其成为高电池数电池组应用的绝佳选择。

KP52100X 同时具有 Powergood 指示器，可直观反映输出电压是否建立成功。PGOOD 信号可以指导后级电源的启动时间，同时实现故障保护和输出监控。

表 7. DC-DC 选型表

今天先介绍以上电动自行车中的电源方案。必易微在电源领域深耕多年，产品与应用积累丰富。欢迎大家咨询交流。

必易微近年在电机驱动、BMS 与信号链等领域持续努力扩充产品，下一篇我们将进一步介绍必易微此类产品在电动车应用中的解决方案，敬请期待。

关于必易微

深圳市必易微电子股份有限公司（股票代码：688045）是一家高性能模拟及数模混合集成电路供应商，主营产品包括 AC-DC、DC-DC、驱动 IC、线性稳压、电池管理、充电管理、放大器、数模转换器、传感器等，为消费电子、工业控制、网络通讯、数据中心、汽车电子等领域客户提供一站式芯片解决方案和系统集成。