电摩充电器：维安1200W LLC大功率电源解决方案

　　近年来，工业自动化、新能源汽车充电桩、数据中心、电动交通工具等领域快速发展，各类大功率设备层出不穷，这些设备对电源的功率需求日益攀升。

　　传统的电源拓扑在面对1200W这样的大功率时，往往面临效率低下、散热困难等问题，而LLC谐振变换器具有软开关等特性，凭借其高效、低损耗等优势，成为大功率电源方案设计的理想选择。

　　本文介绍的1200W LLC电源主要面向电摩充电器市场，电摩作为日常出行工具，其充电场景多样且复杂，包括电网波动、电池容量、安全性能等因素。

　　基于以上应用考量，维安利用自研产品LLC谐振半桥控制器WD1901SJR、PFC控制器WD1605ASR、原边反馈控制器WD1802CSR和高性能充电管理芯片WY32F1030KBU7开发了一款基于APFC + LLC 谐振拓扑的电摩充电器方案，该方案同时整合维安多个产品线产品，电源实物样机以及产品线名称如图1所示。

　　图1：维安1200W LLC大功率电源实物图

　　“系统架构及方案优势

　　WAYON 1200W LLC大功率电源解决方案

　　1、WAYON 1200W LLC大功率电源解决方案

　　功率控制芯片PFC (WD1605ASR)

　　+ LLC (WD1901SJR)：

　　高效节能

　　LLC控制器WD1901SJR、PFC控制器WD1605ASR以及PSR控制器WD1802CSR的协同工作，使得方案的峰值效率高达95%。极大提升了用户的适应便利性。

　　稳定可靠

　　得益于WD1901SJR和WD1605ASR 优秀的动态响应能力，该方案能在电网电压波动较大的情况下，始终保持输出电压和电流的稳定。

　　安全可靠

　　功率控制芯片具备丰富的保护功能，包括过压保护、恒压恒流双闭环、短路保护，保证充电过程的安全可靠。

　　延长电池使用寿命

　　WD1901SJR实现精准的充电控制，能根据电池的特性和状态进行智能化充电。WD1605ASR提高了功率因数，整体方案的PF值高达0.99。

　　2、WAYON 1200W LLC大功率电源解决方案

　　智能充电管理MCU(WY32F1030KBU7)

　　动态输出调节

　　精确控制输出电压 (60V-88V) 和输出电流 (最大13A) 的动态设定值，满足不同电池组和充电阶段的需求。

　　高级保护功能

　　实现过压保护 (OVP)、过流保护 (OCP)、过温保护 (OTP)、电池反接保护、超时保护等，并与初级侧保护形成双重保障机制。

　　状态监测与通信

　　实时监测输入/输出电压电流、温度等关键参数;提供本地显示(如LED/LCD)或通信接口(如UART)用于状态上报、参数配置等。

　　输入输出规格

　　WAYON 1200W LLC大功率电源解决方案

　　1、输入电压

　　110-240Vac

　　2、输出规格

　　60V-88V，恒流13A

　　(100VAC输入规格下恒流7.5A)

　　3、功率因数PF

　　>0.99

　　4、峰值整机效率

　　95.0 %

　　“方案设计及优势

　　WAYON 1200W LLC大功率电源解决方案

　　APFC方案设计

　　1200W电源方案的PFC部分采用自研产品WD1605ASR作为控制器，应用于连续传导模式(CCM)，具备平均电流模式控制、快速响应、低功耗、低成本等特性。

　　WD1605ASR采用固定的频率模式(65kHz)控制PFC模块的MOS管导通时间(PWM)并依赖于瞬时电感电流，有助于达到电磁干扰标准。此外，CCM模式减少了应用中产生的di/dt。

　　采用boost拓扑作为APFC结构，WD1605ASR通过精确检测PFC电感电流，从而控制PWM输出，使得输入电流波形跟随输入电压波形同样呈现标准的正弦变化，其PF值高达0.99，大幅提高了整机的功率因数，其波形如图3所示。

　　此外，WD1605ASR具有良好的动态响应性能，当电网电压变化时，可以快速调整PWM的输出，保证直流母线电压的稳定。

　　LLC谐振变换方案设计

　　1200W电源方案的LLC部分采用自研产品WD1901SJR作为控制器。WD1901SJR提供两个驱动信号通道，以略小于50%的占空比输出互补信号驱动高压侧和低压侧MOS，同时在高低端MOS的开关之间插入一个固定的死区时间来保证软开关的实现。

　　LLC方案同样具备完善的保护功能，当输出电压过压，触发系统的过压锁死保护，等待辅源掉电方可复位;同时系统具备恒压恒流双闭环，实现电压电流的稳定输出;另外也具备短路保护、过温保护等功能。

　　当LLC谐振变换器工作在谐振状态，谐振电容电压和谐振电感电流都呈现正弦波的形状，且两者之间具有90°相位差，此时，系统的开关损耗最小，效率最高。

　　以及谐振电流(Vin:220VAC, Vout:88V/13A)

　　MCU智能充电管理系统设计

　　为了实现更智能、更安全的充电过程，并满足动态调节输出电压电流以及高级保护的需求，本方案引入了高性能微控制器单元 (MCU) 作为充电管理核心。其系统框架如图5所示：

　　1、MCU智能充电管理系统设计

　　核心功能实现

　　动态电压电流控制 (DVS/DVC)

　　MCU通过高精度ADC实时采集输出电压和输出电流，实现MCU动态计算并设定目标输出电压和目标输出电流。

　　智能充电策略

　　MCU内置充电状态机，管理整个充电流程，可根据电池温度自动调整温度补偿。

　　全面保护机制

　　MCU可持续监测输出电压、电流、关键点温度、电池防反接，一旦发生相应故障，可快速响应动作实现对系统的保护。

　　用户交互与通信

　　MCU可实时反馈系统充电状态，搭配LED指示灯或小型LCD屏，显示充电进程以及参数信息。同时，MCU可提供UART和一线通通信接口，用于不同应用场景的上位机通信，进行参数配置、状态监控和远程控制。另外，本套方案MCU智能管理模块也支持固件升级(OTA)。

　　“总结

　　WAYON 1200W LLC大功率电源解决方案

　　本方案设计的主要面向电摩的充电器支持最大功率1200W充电，凭借WD1901SJR、WD1605ASR与高性能智能充电管理芯片WY32F1030KBU7的出色性能和协同工作，使得方案具有整机效率高、功率因数高、充电过程智能可控、保护功能完善、安全稳定可靠等优点。