為保護消費者安全以及凈化市場，2024年4月25日，《電動自行車用鋰離子蓄電池安全技術規(guī)范》正式發(fā)布，并且明確從2024年11月1日起將會正式實施，所有的鋰電池和充電器都必須通過3C認證，才可以生產(chǎn)和銷售。

GB43854：鋰電池電動車新國標充電器“強制性國家標準”

該標準從單體電池和電池組兩個層面規(guī)定了鋰電電動車的安全要求和試驗方法，主要考慮了過充電、過放電、外部短路、熱濫用等安全要求。對于鋰電池充電器的設計在滿足多項技術標準和安全規(guī)范之外，根據(jù)廠商定制化需求，其智能化要求也有所提升。

基于新國標鋰電充電器相關標準和規(guī)范，維安研發(fā)人員利用自研產(chǎn)品AC-DC控制器WD1092BAPT和可編程智能管理充電芯片WHA19003F4M7開發(fā)了一款基于一級半PFC反激AC-DC拓撲的鋰電電動車充電器方案，實物如下圖所示：

圖1：維安新國標鋰電充電器實物

維安新國標鋰電充電器方案特征：

● 整機效率

≥88.0%，包括可控硅和風機的功耗

● 高EMI裕量

傳導和輻射騷擾 裕量≥10 dB

● 低成本

初級方案巧妙使用一級半和合封功率MOSFET技術，次級同樣采樣集成LDO、恒壓恒流模塊及可編程功能的智能管理充電IC，大大減少了外圍元件數(shù)量以及布線復雜度，整體方案成本和性能具備明顯優(yōu)勢

● 保護功能

本方案設置了多種異常工作狀態(tài)的檢測和保護功能，次級智能充電管理IC具備過溫、過壓、風扇堵轉這幾種異常狀態(tài)的指示功能和保護功能，并同時具有可供客戶定制的充電器智能開發(fā)平臺，整體方案靈活性具有明顯優(yōu)勢

輸入輸出規(guī)格：

● 輸入電壓

180-240V/AC (輸入最低電壓165V/AC，

輸入最高電壓264V/AC)

● 輸出規(guī)格

60V/3A (輸出最低27V/3A，輸出最高60V/3A)

● 功率因數(shù)PF

0.75

● 整機效率

≥88.0 %

方案設計及優(yōu)勢：

1、鋰電充電管理模塊設計

為滿足新國標充電器強制性“通訊協(xié)議”充電這一要求，本方案的次級控制器采用了一款高度可編程數(shù)?；旌现悄艹潆姽芾硇酒?/span>WHA19003F4M7，其內(nèi)置的恒壓恒流控制模塊實現(xiàn)了對充電器對鋰電池充電過程的精準控制以及充電異常行為的提醒和保護功能，從而提高了鋰電池的使用壽命，以及充電過程的可靠性。

充電電壓經(jīng)由輸出端分壓網(wǎng)絡得到的電壓與內(nèi)置的2.5V電壓源相比較作為輸出電壓控制信號以及系統(tǒng)反饋信號，充電電流經(jīng)由采樣電阻取得的電壓與控制器內(nèi)置的50mV電壓源作為輸出電流控制信號以及系統(tǒng)反饋信號。

鋰電池充電邏輯如下圖2所示，該方案具備開機自檢、修調模式、異常保護等功能，且具備明顯的狀態(tài)燈和風扇指示功能，符合新國標充電協(xié)議要求。

圖2：維安新國標鋰電池充電器次級充電邏輯狀態(tài)機示意圖

另外，次級控制器WHA19003F4M7提供一線通、485等協(xié)議接口，可根據(jù)客戶需求定制具體化協(xié)議以及關鍵參數(shù)修調功能，輸出電壓精度在50mV以內(nèi)，并同時提供充電器開發(fā)平臺供客戶使用，平臺界面如圖3。

圖3：維安新國標鋰電池充電器智能化開發(fā)平臺界面示意圖

該平臺同時具備鉛酸蓄電池和鋰電池兩種充電協(xié)議，用戶可根據(jù)實際電池充電需求配置充電模式分段式的關鍵參數(shù)，生成充電管理代碼，提高了WHA19003F4M7在客戶端的使用靈活性以及電池充電多樣化的適配性。

此外，根據(jù)如上圖2所示的鋰電池充電邏輯狀態(tài)機示意圖，為保證充電器使用過程的安全性和可靠性，本方案智能化設置了過溫、過壓、風扇堵轉等異常狀態(tài)的保護動作，詳情如表1所示。

表1：維安新國標鋰電池充電器保護功能說明

2、功率模塊方案設計

新國標充電器方案的初級部分采用維安自研產(chǎn)品WD1092BAPT作為AC-DC PWM控制器，具備寬壓輸入、低功耗、高效率等特性。

WD1092BAPT內(nèi)置的650V/0.85Ω 高功率MOSFET作為該部分的高頻開關。充電器輕載或空載工作時，WD1092BAPT處于Burst模式以減小開關損耗，從而降低了待機功耗，提高了輕載效率；工作于正常負載模式時，WD1092BAPT采用電流模式控制技術，內(nèi)置軟驅設計不僅優(yōu)化EMI特性，也提高了整機效率。

WD1092BAPT同時具備過流保護（OCP）、過載保護（OLP）、過溫保護（OTP）、過壓保護（OVP）等功能，大大提高了整機的可靠性。

圖4：維安新國標鋰電池充電器功率級簡化電路

總結

本方案設計的電動車新國標鋰電充電器支持最大功率180W充電，具有整機效率高、低成本、充電平臺定制化、高靈活性定制充電需求等優(yōu)勢。

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