CN214850600U

CN214850600U - 基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器

Info

Publication number: CN214850600U
Application number: CN202122552242.XU
Authority: CN
Inventors: 李刚林; 李广磊; 龚晓磊
Original assignee: Bafang Electric Suzhou Co Ltd
Current assignee: Bafang Electric Suzhou Co Ltd
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2021-11-23
Anticipated expiration: 2031-10-22

Abstract

本实用新型提供一种基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，包括安规器件、EMC滤波电路、整流滤波电路、PFC升压电路、滤波储能电路、LLC拓扑电路、电压设置电路、电流设置电路、反馈环路、MCU主控单元、PD协议芯片、Type C接口、输出开关和电源控制芯片，基于PD协议开发和规定了输出电压平台，分为固定电压输出以及可调电压输出；当使用该方案充电器给电池组充电时，充电器与电池组通过PD协议，相互握手，充电器识别了电池组电压平台，有选择性的输出电压电流给电池组充电，安全性得到保障；采用标准Type C接口作为输出接口，形成接口标准的统一。

Description

基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器

技术领域

本实用新型涉及充电器技术领域，特别是涉及一种基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器。

背景技术

目前市场上电动自行车品牌众多，相对应的电动自行车用充电器更是鱼龙混杂，各品牌充电器之间，技术方案，接口类型都不一样，无法形成统一标准，造成资源浪费，现有技术的缺陷和不足主要有以下：

大部分电动自行车用充电器方案不带充电协议，有充电协议的充电器方案也是各自为战，无法在行业内推广普及。

大部分电动自行车用充电器方案无法自动识别电池组电压，从而输出正确电压电流进行充电，例如：若使用48V充电器给36V电池充电，有可能带来爆炸，自燃等安全风险。

大部分电动自行车用充电器的DC接口不一样，无法形成统一标准；

大部分电动自行车用充电方案采用二段式（恒流、恒压）技术充电，电池组有充电不完全，以及低电压大电流下爆炸，自燃等风险。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本实用新型提供一种基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器。

本实用新型解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，包括安规器件、EMC滤波电路、整流滤波电路、PFC升压电路、滤波储能电路、LLC拓扑电路、电压设置电路、电流设置电路、反馈环路、MCU主控单元、PD协议芯片、Type C接口、输出开关Q4和电源控制芯片U1，其中，

所述安规器件、EMC滤波电路和整流滤波电路依次连接，用于将交流市电进行整流滤波后输出高压直流电；

所述PFC升压电路和滤波储能电路依次连接在整流滤波电路的输出端，用于对整流滤波电路输出的高压直流电进行主动升压，提高电源工作效率。

所述LLC拓扑电路连接在滤波储能电路的输出端，用于将PFC升压后的高压直流电耦合成直流输出电压，得到主输出电压V_OUT；

所述Type C接口设有用于电池组充电的P+信号端和P-信号端，所述LLC拓扑电路的输出端经输出开关Q4后连接至P+信号端，输出开关Q4用于控制充电电压的通断；

所述PD协议芯片通过信号CC1和信号CC2连接至Type C接口，通过I2C总线的信号SDA和信号SCL与MCU主控单元通信；

所述MCU主控单元输出开关控制信号OUT_G、电压设置信号Voltage_Det和电流设置信号CURRENT_PWM；其中，开关控制信号OUT_G连接至输出开关Q4，用于控制输出开关Q4的通断；

所述电压设置电路，根据MCU主控单元输出的电压设置信号Voltage_Det设置主输出电压V_OUT的大小；

所述电流设置电路，根据MCU主控单元输出的电流设置信号CURRENT_PWM设置输出电流的大小；

所述电压设置电路和电流设置电路的输出信号经过二极管D7和稳压管Z1后经所述反馈环路输出信号FB反馈到原边的电源控制芯片U1；

所述电源控制芯片U1输出控制信号PFC_G、控制信号G_H和控制信号G_L，且设有原边电流信号输入端Cur_S和反馈环路电压输入端FB。

由于市电内含有高频干扰，因此，为了对后续电路进行保护，在市电输入端增加了安规器件进行滤波，所述安规器件包括压敏电阻RV和X电容CX，所述压敏电阻RV和X电容CX并联，外部的三相市电通过安规器件的输入端输入，经压敏电阻RV和X电容CX组成的防浪涌网络后输出，滤掉高频成分，防止市电波动给后端电路带来影响。

电网中除了高频干扰，还存在共模干扰，因此，在安规器件的输出端接入EMC滤波电路，具体的，所述EMC滤波电路包括电感L1、电容CY1和电容CY2，所述电容CY1并联在电感L1输入端的1脚和2脚上，所述电容CY2并联在电感L1输出端的3脚和4脚上，其中，电容CY1和电容CY2为Y电容，用于抑制共模干扰，电感L1为共模电感，用于滤除电路中共模信号。

进一步，为了实现交流AC到直流DC之间的转换，所述整流滤波电路包括整流桥D1、电容C1和电容C2、电感L2，其中，整流桥D1的输入端连接EMC滤波电路的输出端，所述电容C1和电容C2依次并联在整流桥D1输出端的正极和负极之间，所述电感L2串联在整流桥D1输出端的正极线路上且位于电容C1和电容C2之间。其中，整流桥D1将交流电AC整流为高压直流电DC，电容C1、电容C2和电感L2组成了LC滤波电路，用于滤去高压直流电中的差模干扰。

进一步，为了提高转换效率，设置了PFC升压电路，所述PFC升压电路包括电感L3、MOS管Q1、二极管D2和二极管D3，所述电感L3的一端连接整流滤波电路的输出端，另一端连接二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极作为PFC升压电路的输出端连接至滤波储能电路；所述二极管D2并联在的电感L3和二极管D3两端，且二极管D2的阴极连接至二极管D3的阴极，二极管D2的阳极连接在电感L3的输入侧；所述MOS管Q1的栅极G连接至原边侧的电源控制芯片U1，用于输入原边侧的电源控制芯片U1输出的控制信号PFC_G，控制MOS管Q1的通断，MOS管Q1的漏极D连接至电感L3和二极管D3的公共端，MOS管Q1的源极S接地GND。

进一步，为了给后端电路提供能量，并且保证后端的电压不会出现不稳定的状况，设置了滤波储能电路，所述滤波储能电路包括电容C3、电容EC1和电容EC2，所述电容C3、电容EC1和电容EC2并联后连接在PFC升压电路输出端和地GAD之间，且所述电容EC1和电容EC2为电解电容，所述电容EC1和电容EC2的正极连接至PFC升压电路的输出端，负极接地GAD。

进一步，由于LLC拓扑方案具有高效率的特点，因此，本方案中采用了电源拓扑方案，所述LLC拓扑电路包括MOS管Q2和MOS管Q3，变压器T1，电容C4、电容EC4和电容EC5，电感Lr，其中，

所述MOS管Q2和MOS管Q3串联，且MOS管Q2和MOS管Q3的公共端依次串接电容C4和电感Lr后连接至变压器T1原边的5脚，所述MOS管Q2的漏极D连接电压信号D+，MOS管Q2的栅极G连接至电源控制芯片U1输出的控制信号G_H，控制信号G_H用于开关MOS管Q2；所述MOS管Q3的源极S接地GAD，MOS管Q3的栅极G连接至电源控制芯片U1输出的控制信号G_L，控制信号G_L用于开关MOS管Q3；所述变压器T1原边的1脚连接地GAD，且所述变压器T1原边1-5脚之间的绕组作为输入端的绕组，所述变压器T1副边的6-8-10脚之间的绕组作为输出端绕组，且变压器T1的10脚连接二极管D5的阳极，所述变压器T1的6脚连接二极管D4的阳极，所述二极管D5和二极管D4的阴极连接后作为主输出电压V_OUT的输出端；变压器T1的8脚接地GD；所述电容EC4和EC5并联在主输出电压V_OUT与地GD之间。

工作原理：可控MOS管Q2和MOS管Q3串联组成半桥，每个MOS管都内置有方向并联二极管。电容C4、电感Lr和变压器T1的原边电感Lm构成了一个LLC谐振电路。变压器T1的副边经过二极管D4和二极管D5整流后得到主输出电压V_OUT，电容EC4和电容EC5并联在主输出电压V_OUT与地GD之间，主要起滤波作用。

进一步，为了节省资源的同时满足原边器件的电源要求，还包括原边电源控制芯片供电电路，所述原边电源控制芯片供电电路包括原边供电绕组和二极管D6，所述变压器T1原边的3-4脚组成原边供电绕组，且变压器T1的3脚接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极输出电源VCC，所述变压器T1的4脚接地GAD。

进一步，为了节省资源的同时满足器件的副边系统电源要求，还包括副边控制系统供电电路，所述副边控制系统供电电路包括副边供电绕组、二极管D8和二极管D9、电容EC6，所述变压器T1副边的11-12脚组成副边供电绕组，且所述变压器T1的11脚连接二极管D8的阳极，所述二极管D8的阴极输出电源VDD，所述变压器T1的12脚接地GD，所述二极管D9和电容EC6并联在电源VDD和地GD之间，且二极管D9的阳极接地GD。

该充电器电路的变压器T1原边侧的器件的电源通过由变压器T1的原边线圈通过原边电源控制芯片供电电路提供；变压器T1副边侧系统器件的电源由变压器T1副边线圈通过副边控制系统供电电路提供；通过变压器将原边和副边的电源进行了有效的隔离，提高了安全性，保证能顺利通过一些安规的认证。

进一步，为了能够控制输出电压的小，增设了电压设置电路，所述电压设置电路包括电压环和MCU主控单元输出的电压设置信号Voltage_Det，所述电压环包括运放A1和运放A2、电阻RC1和电阻RC2，所述电阻RC1和电阻RC2串联后一端连接至主输出电压V_OUT，另一端接地GD，所述运放A1的正向输入端和运放A2的反向输入端均连接至电阻RC1和电阻RC2的公共引出端，运放A1的反向输入端连接至MCU主控单元的Voltage_Det信号引脚，用于输入电压设置信号Voltage_Det，运放A1的输出端连接至运放A2的正向输入端，所述运放A2的输出端连接至开关二极管D7的一个输入端。

电压设置电路的工作原理：MCU主控单元调整信号Votalge_Det电压大小，电压环A1正向设定了翻转电压，当Votalge_Det电压大于正向设定的翻转电压，运放输出低电平，产生反向，从而实现输出电压大小的控制。

进一步，为了能够控制电流输出，增设了电流设置信号，所述电流设置电路包括电流环和第一电流采样电路，其中，所述电流环包括运放A3、电阻RC3和电阻RC4，所述运放A3的反向输入端连接参考电压信号REF2，用于输入一个参考电压，该参考电压REF2为人为设置的一个电压信号；所述运放A3的正向输入端串接电阻RC4后连接至MCU主控单元的CURRENT_PWM信号端，用于输入电流设置信号CURRENT_PWM，电阻RC3一端连接至运放A3的正向输入端和电阻RC4之间的线路上，另一端连接Type C接口的P-信号端；所述第一电流采样电路包括采样电阻RS1和采样电阻RS2，所述采样电阻RS1和采样电阻RS2并联后一端接地GD，另一端连接Type C接口的P-信号端。采样电阻RS1和采样电阻RS2是副边输出电流采样电阻，采集到的信号通过运放，隔离光耦，最终反馈到原边的电源控制芯片U1，电源控制芯片U1改变输出MOS管PWM频率，使得副边输出趋于稳定。

电流设置电路的工作原理：MCU主控单元调整信号CURRENT_PWM电压大小，电流环A3输出会改变原来的状态，因此，实现输出电流的调整。

进一步，为了保证电压输出的准确性以及形成闭环，还包括反馈环路，所述反馈环路包括光耦Ua、电阻R3、稳压管Z1和开关二极管D7，所述开关二极管D7输入端的1脚连接至电压环的运放A2的输出端，开关二极管D7输入端的2脚连接至电流环的运放A3的输出端，所述开关二极管D7的输出端3脚连接光耦Ua输入端的2脚，光耦Ua输入端的1脚串联电阻R3后接电源VDD，光耦Ua输出端的3脚接地GAD，光耦Ua输出端的4脚输出信号FB连接至原边侧的电源控制芯片U1。

进一步，为了采集原边电路的输入电流，还包括第二电流采样电路，用于采集充电回路的原边侧的充电电流，所述第二电流采样电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4并联后的一个公共端连接在整流滤波电路输出端的负极，采集原边输入的电流信号并连接至电源控制芯片U1的Cur_S输入信号端，另一个公共端接地GND。R1-R4的电流采样是原边输入高压部分的电流采样，这个采样信号是给到电源控制芯片U1的，当采集到的电流信号过大，电源控制芯片U1输出信号关断MOS管Q1驱动信号PFC_G，起到保护作用。

进一步，为了监控输出电流的大小，还包括分压采样电路，所述分压采样电路包括电阻RC5和电阻RC6，所述电阻RC5和电阻RC6串联后的公共端与PD协议芯片的AD端连接，所述电阻RC5另一端连接主输出电压V_OUT，电阻RC6另一端接地GD。通过PD协议芯片的AD端采集电阻RC5和电阻RC6公共端处的电压，提供给PD协议芯片，然后通过PD协议芯片可以获得输出电流的大小。

本实用新型的技术方案中设置了GND、GAD、GD三种接地以避免输入和输出信号之间的干扰，其中，GND是前端PFC电路的接地，GAD是LLC拓扑电路的接地，这两个地可以接在一起，也可以用一个Y电容隔离，同属于原边；GD是副边的接地，需要与前面两个接地隔离，通过变压器T1实现隔离。本实用新型中的“原边”和“副边”均是相对于变压器T1而言，“原边”指变压器T1的原边一侧，“副边”指的是变压器T1的副边一侧，为了表述简单明了直接采用了“原边”和“副边”。

本实用新型的有益效果是：

1. 电动自行车用充电器采用PD协议芯片，与电池组建立握手协议，统一规范电动自行车用充电行业充电协议；

2. 可识别电池组电压平台，能给5V到48V不同电压平台的电池组充电，更加安全有效的给电池组充电；

3. 输出接口采用标准Type C接口方式，统一电动自行车用充电器充电接口标准，节省资源，降低成本；

4. 插拔方式可以盲插，实现正反插，使用方便快捷；

5. 可以给手机，电脑，电动自行车等标准Type C接口设备充电，实现，一台充电器多种用途的功能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型充电器的原理框图。

图2是本实用新型充电器的部分电路原理示意图。

图3是本实用新型充电器的部分电路原理示意图。

图4是电源控制芯片的电路原理示意图。

图5是图2中安规器件和EMC滤波的电路原理示意图。

图6是图2中整流滤波和第二电流采样的电路原理示意图。

图7是图2中PFC升压和滤波储能的电路原理示意图。

图8是图3中LLC谐振拓扑结构的电路原理示意图。

图9是图3中反馈环路的电路原理示意图。

图10是图3中电压设置电路、电流设置电路、PD、Type C等的电路原理示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-图3所示，本实用新型的一种基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，包括安规器件、EMC滤波电路、整流滤波电路、PFC升压电路、滤波储能电路、LLC拓扑电路、电压设置电路、电流设置电路、反馈环路、MCU主控单元、PD协议芯片、Type C接口、输出开关Q4和电源控制芯片U1，其中，由于变压器T1的原边和副边两侧的信号需要实现隔离，因此，电源控制芯片U1用于变压器T1原边侧电源的控制；MCU主控单元用于变压器T1副边侧电路的控制。所述安规器件、EMC滤波电路和整流滤波电路依次连接，用于将交流市电进行整流滤波后输出高压直流电；所述PFC升压电路和滤波储能电路依次连接在整流滤波电路的输出端，用于对整流滤波电路输出的高压直流电进行主动升压，提高电源工作效率。所述LLC拓扑电路连接在滤波储能电路的输出端，用于将PFC升压后的高压直流电耦合成直流输出电压，得到主输出电压V_OUT；所述Type C接口设有用于电池组充电的P+信号端和P-信号端，所述LLC拓扑电路的输出端经输出开关Q4后连接至P+信号端，输出开关Q4用于控制充电电压的通断；所述PD协议芯片通过信号CC1和信号CC2连接至Type C接口，通过I2C总线的信号SDA和信号SCL与MCU主控单元通信；所述MCU主控单元输出开关控制信号OUT_G、电压设置信号Voltage_Det和电流设置信号CURRENT_PWM；其中，开关控制信号OUT_G连接至输出开关Q4，用于控制输出开关Q4的通断；所述电压设置电路，根据MCU主控单元输出的电压设置信号Voltage_Det设置主输出电压V_OUT的大小；所述电流设置电路，根据MCU主控单元输出的电流设置信号CURRENT_PWM设置输出电流的大小；所述电压设置电路和电流设置电路的输出信号经过二极管D7和稳压管Z1后经所述反馈环路输出信号FB反馈到原边电源控制芯片U1。原边电源控制芯片U1采用型号为HR1211的芯片，本实施例中MCU采用STM32F072系列单片机。

下面针对每部分电路给出具体的实施方式。

如图4所述，原边的电源控制芯片U1采用型号为MPS_HR1211的芯片，该芯片为PFC+LLC二合一数字电源单芯片，电源控制芯片U1输出控制信号PFC_G、控制信号G_H和控制信号G_L，分别连接至MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3的栅极G，用于控制MOS管Q1、MOS管Q2和MOS管Q3的通断状态，电源控制芯片U1设有原边电流信号输入端Cur_S和反馈环路电压输入端FB，分别用于第二采样电流电路的采样电流和反馈电路输出的电压的输入。

如图5所述，安规器件包括压敏电阻RV和X电容CX，所述压敏电阻RV和X电容CX并联，外部的三相市电通过安规器件的输入端输入，经压敏电阻RV和X电容CX组成的防浪涌网络后输出，滤掉高频成分，防止市电波动给后端电路带来影响，其中，压敏电阻RV两端分别连接三相市电的L和N线，X电容CX两端作为输出连接至EMC滤波电路。

EMC滤波电路包括电感L1、电容CY1和电容CY2，所述电容CY1位于EMC滤波电路的输入端，且并联在电感L1输入端的1脚和2脚上；所述电容CY2位于EMC滤波电路的输出端，且并联在电感L1输出端的3脚和4脚上，其中，电容CY1和电容CY2为Y电容，用于抑制共模干扰，电感L1为共模电感，用于滤除电路中共模信号。

如图6所述，整流滤波电路包括整流桥D1、电容C1和电容C2、电感L2，其中，整流桥D1的输入端连接EMC滤波电路的输出端，所述电容C1和电容C2依次并联在整流桥D1输出端的正极和负极之间，所述电感L2串联在整流桥D1输出端的正极线路上且位于电容C1和电容C2之间。其中，整流桥D1将交流电AC整流为高压直流电DC，电容C1、电容C2和电感L2组成了LC滤波电路，用于滤去高压直流电中的差模干扰。

第二电流采样电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4并联后的一个公共端连接在整流滤波电路输出端的负极，采集原边输入电流的信号并连接至电源控制芯片U1的Cur_S输入信号端，另一个公共端接地GND。

如图7所述，PFC升压电路包括电感L3、MOS管Q1、二极管D2和二极管D3，所述电感L3的一端连接整流滤波电路的输出端，另一端连接二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极作为PFC升压电路的输出端连接至滤波储能电路；所述二极管D2并联在的电感L3和二极管D3两端，且二极管D2的阴极连接至二极管D3的阴极，二极管D2的阳极连接在电感L3的输入侧；所述MOS管Q1的栅极G连接至原边侧电源控制芯片U1，用于输入原边侧电源控制芯片U1输出的控制信号PFC_G，控制MOS管Q1的通断，MOS管Q1的漏极D连接至电感L3和二极管D3的公共端，MOS管Q1的源极S接地GND。

滤波储能电路包括电容C3、电容EC1和电容EC2，所述电容C3、电容EC1和电容EC2并联后连接在PFC升压电路输出端和地GAD之间，且所述电容EC1和电容EC2为电解电容，所述电容EC1和电容EC2的正极连接至PFC升压电路的输出端，负极接地GAD。滤波储能电路输出电压信号D+、D-。

如图8所述，LLC拓扑电路包括LLC谐振电路、原边电源控制芯片供电电路以及副边控制系统供电电路。

LLC谐振电路包括MOS管Q2和MOS管Q3，变压器T1，电容C4、电容EC4和电容EC5，电感Lr，其中，所述MOS管Q2和MOS管Q3串联，且MOS管Q2和MOS管Q3的公共端依次串接电容C4和电感Lr后连接至变压器T1原边的5脚，所述MOS管Q2的漏极D连接电压信号D+，MOS管Q2的栅极G连接至电源控制芯片U1输出的控制信号G_H，所述MOS管Q3的源极S接地GAD，MOS管Q3的栅极G连接至电源控制芯片U1输出的控制信号G_L；所述变压器T1原边的1脚连接地GAD，且所述变压器T1原边1-5脚之间的绕组作为输入端的绕组，所述变压器T1副边的6-8-10脚之间的绕组作为输出端绕组，且变压器T1的10脚连接二极管D5的阳极，所述变压器T1的6脚连接二极管D4的阳极，所述二极管D5和二极管D4的阴极连接后作为主输出电压V_OUT的输出端；变压器T1的8脚接地GD；所述电容EC4和电容EC5并联在主输出电压V_OUT与地GD之间。

原边电源控制芯片供电电路包括原边供电绕组和二极管D6，所述变压器T1原边的3-4脚组成原边供电绕组，且变压器T1的3脚接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极输出电源VCC，所述变压器T1的4脚接地GAD。

副边控制系统供电电路包括副边供电绕组、二极管D8和二极管D9、电容EC6，所述变压器T1副边的11-12脚组成副边供电绕组，且所述变压器T1的11脚连接二极管D8的阳极，所述二极管D8的阴极输出电源VDD，所述变压器T1的12脚接地GD，所述二极管D9和电容EC6并联在电源VDD和地GD之间，且二极管D9的阳极接地GD。

如图10所示，PD协议芯片采用型号为FP6606CASP的芯片，PD协议芯片采集主输出电压V_OUT用于判断输出电压是否合适，以便于成功建立握手；Type C接口是通用标准接口连接器；输出开关Q4采用MOS管，MOS管Q4的栅极G连接MCU主控单元输出的开关控制信号OUT_G，用于控制Q4的通断状态。

PD协议芯片还连接由电阻RC5和RC6组成的分压采样电路，电阻RC5和RC6串联后的公共端与PD协议芯片的AD采集端连接，用于采集输出回路电流；所述电阻RC5另一端连接主输出电压V_OUT，电阻RC6另一端接地GD。

所述电压设置电路包括电压环和MCU主控单元输出的电压设置信号Voltage_Det，所述电压环包括运放A1和运放A2、电阻RC1和电阻RC2，所述电阻RC1和电阻RC2串联后一端连接至主输出电压V_OUT，另一端接地GD，所述运放A1的正向输入端和运放A2的反向输入端均连接至电阻RC1和RC2的公共引出端，运放A1的反向输入端连接至MCU主控单元的Voltage_Det信号引脚，用于输入电压设置信号Voltage_Det，运放A1的输出端连接至运放A2的正向输入端，所述运放A2的输出端连接至开关二极管D7输入端的2脚。

电流设置电路包括电流环和第一电流采样电路，其中，所述电流环包括运放A3、电阻RC3和电阻RC4，所述运放A3的反向输入端连接参考电压信号REF2，所述运放A3的正向输入端串接电阻RC4后连接至MCU主控单元的CURRENT_PWM信号端，用于输入电流设置信号CURRENT_PWM，电阻RC3一端连接至运放A3的正向输入端和电阻RC4之间的线路上，另一端连接Type C接口的P-信号端，也即连接至采样电阻RS1和采样电阻RS2端；所述第一电流采样电路包括采样电阻RS1和采样电阻RS2，所述采样电阻RS1和采样电阻RS2并联后一端接地GD，另一端连接Type C接口的P-信号端。

如图9所示，反馈环路包括光耦Ua、电阻R3、稳压管Z1和开关二极管D7，所述开关二极管D7输入端的1脚连接至电压环的运放A2的输出端，开关二极管D7输入端的2脚连接至电流环的运放A3的输出端，所述开关二极管D7的输出端3脚连接光耦Ua输入端的2脚，光耦Ua输入端的1脚串联电阻R3后接电源VDD，光耦Ua输出端的3脚接地GAD，光耦Ua输出端的4脚输出信号FB连接至原边侧电源控制芯片U1；本实施例中光耦Ua优选采用PC817，二极管D7优选采用开关二极管BAW56。稳压管Z1是一个1.25V的电压基准，运放输出的信号和稳压管Z1的基准源进行比较；二极管D7的作用是将两路运放的信号隔离开，使得两路运放信号不会互相干扰。

如图10所示，还包括LED指示电路，用于指示各个充电状态，比如：待机闪绿灯，充电绿灯长亮，有错误红灯闪烁，充满电红灯长亮。

工作原理：

1. 市电进入由压敏电阻RV和X电容CX组成防浪涌网络，防止市电波动给后端电路带来影响。

2. 然后经过Y电容CY1、Y电容CY2和共模电感L1组成的EMC滤波网络，滤去电网的共模干扰。

3. 经过整流桥D1，将AC整流成高压DC，并通过LC网络，滤去差模干扰。

4. 通过PFC升压电路，进一步将DC电压抬升，升到390-400V左右。

5. 通过电容EC1，电容EC2滤波和储能，输出D+、D-。

6. D+、D-输出的电压信号通过MOS管Q2和MOS管Q3输入到LLC拓扑电路，通过电容C4、电感Lr、变压器T1原边的1-5脚组成LLC拓扑网络进行功率变换，然后通过变压器T1副边的6-8-10脚组成的绕组，并经过二极管D4、D5整流得到主输出电压V_OUT。

7.变压器T1的3-4脚组成原边电源控制芯片U1的供电绕组，通过二极管D6整流后得到VCC电压，给电源控制芯片U1供电。

8.变压器T1的11-12脚组成副边控制系统的供电绕组，通过二极管D8整流得到VDD电压。

9. VDD电压经过LDO芯片，降压得到MCU主控芯片、PD协议芯片、运算放大器等器件所需的电压。

10. 电压环，设定一个参考电压，当输出电压到达设定值，运放输出发生翻转。

11. 电流环，设定一个参考电流，当输出电流到达设定值，运放输出发生翻转。

12. Type C接口P+、P-默认没有输出，当Type C接口接入电池组，通过PD协议芯片，识别电池规格，状态，PD协议芯片通过信号SDA、信号SCL通讯，告知MCU电池组当前的状态。

13. MCU打开Q4输出开关，使得V_OUT电源接通P+，给电池充电，默认Q4关断状态。

14. MCU通过采样电阻RS1和采样电阻RS2，采样得到输出电流。

15. MCU输出CURRENT_PWM信号给电流环的运放A3，控制输出电流大小。

16. MCU输出Votalge_Det信号给电压环的运放A1，控制输出电压大小。

17. 运放A2和A3输出信号经过二极管D7、稳压管Z1后给到光耦Ua，光耦Ua将输出信号FB反馈到原边电源控制芯片U1，形成反馈环路。

18. MCU给LED指示模块发送信号，指示各个充电阶段的状态，如正常充电绿灯长亮，报错红灯闪烁，充满红灯长亮，待机绿灯闪烁等。

上述充电过程采用四段式充电技术（预充，恒流，恒压，充电终止）能更安全的给电池组充电。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本实用新型的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：包括安规器件、EMC滤波电路、整流滤波电路、PFC升压电路、滤波储能电路、LLC拓扑电路、电压设置电路、电流设置电路、反馈环路、MCU主控单元、PD协议芯片、Type C接口、输出开关Q4和电源控制芯片U1，其中，

所述PFC升压电路和滤波储能电路依次连接在整流滤波电路的输出端，用于对整流滤波电路输出的高压直流电进行主动升压和滤波，且滤波储能电路输出电压信号D+和D-，且电压信号D-接地GAD；

2.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述安规器件包括压敏电阻RV和X电容CX，所述压敏电阻RV和X电容CX并联。

3.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述EMC滤波电路包括电感L1、电容CY1和电容CY2，所述电容CY1并联在电感L1输入端的1脚和2脚上，所述电容CY2并联在电感L1输出端的3脚和4脚上。

4.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述整流滤波电路包括整流桥D1、电容C1和电容C2、电感L2，其中，整流桥D1的输入端连接EMC滤波电路的输出端，所述电容C1和电容C2依次并联在整流桥D1输出端的正极和负极之间，所述电感L2串联在整流桥D1输出端的正极线路上且位于电容C1和电容C2之间。

5.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述PFC升压电路包括电感L3、MOS管Q1、二极管D2和二极管D3，所述电感L3的一端连接整流滤波电路的输出端，另一端连接二极管D3的阳极，所述二极管D3的阴极作为PFC升压电路的输出端连接至滤波储能电路；所述二极管D2并联在的电感L3和二极管D3两端，且二极管D2的阴极连接至二极管D3的阴极，二极管D2的阳极连接在电感L3的输入侧；所述MOS管Q1的栅极G连接至原边侧的电源控制芯片U1，用于输入原边侧的电源控制芯片U1输出的控制信号PFC_G，控制MOS管Q1的通断，MOS管Q1的漏极D连接至电感L3和二极管D3的公共端，MOS管Q1的源极S接地GND。

6.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述滤波储能电路包括电容C3、电容EC1和电容EC2，所述电容C3、电容EC1和电容EC2并联后连接在PFC升压电路输出端和地GAD之间，且所述电容EC1和电容EC2为电解电容，所述电容EC1和电容EC2的正极连接至PFC升压电路的输出端，负极接地GAD。

7.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述LLC拓扑电路包括MOS管Q2和MOS管Q3，变压器T1，电容C4、电容EC4和电容EC5，电感Lr，其中，

所述MOS管Q2和MOS管Q3串联，且MOS管Q2和MOS管Q3的公共端依次串接电容C4和电感Lr后连接至变压器T1原边的5脚，所述MOS管Q2的漏极D连接电压信号D+，MOS管Q2的栅极G连接至电源控制芯片U1输出的控制信号G_H，所述MOS管Q3的源极S接地GAD，MOS管Q3的栅极G连接至电源控制芯片U1输出的控制信号G_L；所述变压器T1原边的1脚连接地GAD，且所述变压器T1原边1-5脚之间的绕组作为输入端的绕组，所述变压器T1副边的6-8-10脚之间的绕组作为输出端绕组，且变压器T1的10脚连接二极管D5的阳极，所述变压器T1的6脚连接二极管D4的阳极，所述二极管D5和二极管D4的阴极连接后作为主输出电压V_OUT的输出端；变压器T1的8脚接地GD；所述电容EC4和电容EC5并联在主输出电压V_OUT与地GD之间。

8.如权利要求7所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：还包括原边电源控制芯片供电电路，所述原边电源控制芯片供电电路包括原边供电绕组和二极管D6，所述变压器T1原边的3-4脚组成原边供电绕组，且变压器T1的3脚接二极管D6的阳极，二极管D6的阴极输出电源VCC，所述变压器T1的4脚接地GAD。

9.如权利要求7所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：还包括副边控制系统供电电路，所述副边控制系统供电电路包括副边供电绕组、二极管D8和二极管D9、电容EC6，所述变压器T1副边的11-12脚组成副边供电绕组，且所述变压器T1的11脚连接二极管D8的阳极，所述二极管D8的阴极输出电源VDD，所述变压器T1的12脚接地GD，所述二极管D9和电容EC6并联在电源VDD和地GD之间，且二极管D9的阳极接地GD。

10.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述电压设置电路包括电压环和MCU主控单元输出的电压设置信号Voltage_Det，所述电压环包括运放A1和运放A2、电阻RC1和电阻RC2，所述电阻RC1和电阻RC2串联后一端连接至主输出电压V_OUT，另一端接地GD，所述运放A1的正向输入端和运放A2的反向输入端均连接至电阻RC1和电阻RC2的公共引出端，运放A1的反向输入端连接至MCU主控单元的Voltage_Det信号引脚，用于输入电压设置信号Voltage_Det，运放A1的输出端连接至运放A2的正向输入端，所述运放A2的输出端连接至开关二极管D7的一个输入端。

11.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述电流设置电路包括电流环和第一电流采样电路，其中，

所述电流环包括运放A3、电阻RC3和电阻RC4，所述运放A3的反向输入端连接参考电压信号REF2，所述运放A3的正向输入端串接电阻RC4后连接至MCU主控单元的CURRENT_PWM信号端，用于输入电流设置信号CURRENT_PWM，电阻RC3一端连接至运放A3的正向输入端和电阻RC4之间的线路上，另一端连接Type C接口的P-信号端；

所述第一电流采样电路包括采样电阻RS1和采样电阻RS2，所述采样电阻RS1和RS2并联后一端接地GD，另一端连接Type C接口的P-信号端。

12.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：所述反馈环路包括光耦Ua、电阻R3、稳压管Z1和开关二极管D7，所述开关二极管D7输入端的1脚连接至电压环的运放A2的输出端，开关二极管D7输入端的2脚连接至电流环的运放A3的输出端，所述开关二极管D7的输出端3脚连接光耦Ua输入端的2脚，光耦Ua输入端的1脚串联电阻R3后接电源VDD，光耦Ua输出端的3脚接地GAD，光耦Ua输出端的4脚输出信号FB连接至原边侧的电源控制芯片U1。

13.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：还包括第二电流采样电路，用于采集充电回路原边侧的充电电流，所述第二电流采样电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4并联后的一个公共端连接在整流滤波电路输出端的负极，采集原边输入的电流信号并连接至电源控制芯片U1的Cur_S输入信号端，另一个公共端接地GND。

14.如权利要求1所述的基于PD协议和Type C充电接口的电动自行车用充电器，其特征在于：还包括分压采样电路，所述分压采样电路包括电阻RC5和电阻RC6，所述电阻RC5和电阻RC6串联后的公共端与PD协议芯片的AD端连接，所述电阻RC5另一端连接主输出电压V_OUT，电阻RC6另一端接地GD。