CN103311987A - 基于pwm信号电平比较的充电枪连接状态判别电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，包括快速泄放电路（11）、电容滤波电路（12）和比较器电路（13）；PWM信号经过电容滤波电路（12）形成直流信号传入比较器电路（13），比较器电路（13）的输出端与CPU相连；与CPU相连的快速泄放电路（11）输出端与电容滤波电路（12）的输入端相连。本发明提供的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，电路结构简单；元器件可靠性高，对元器件参数要求较低，成本低；电路调试简单；电路工作稳定可靠，装置误动作率低。

Description

基于 PWM 信号电平比较的充电枪连接状态判别电路

技术领域

本发明涉及一种基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，涉及电动汽车充电控制技术领域，针对不同的PWM信号电平判别给出了一种简单可靠的技术解决方案。

背景技术

当前，随着能源与环境成为当前全球最为关注的问题，作为交通转型、绿色交通重要载体的电动汽车，已经得到了世界各国的广泛关注和高度重视。

我国从2000年开始积极推动电动汽车的发展，在充电接口对PWM信号的功能和控制原理方面，国家标准《GB/T 20234.2-2011 电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接口》已于2011年12月22日正式颁布，并于2012年3月1日正式实施，该标准作为电动汽车与充电设施产品双方共同遵守的依据和准则。

国家标准《GB/T 20234.2-2011 电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接口》中对电动汽车的控制导引电路和控制原理做了明确说明。

控制导引电路的基本功能定义如下：

连接确认

车辆控制装置通过检测相关监测点与PE之间的电阻值来判断车辆插头与车辆插座是否完全连接。

充电连接装置载流能力和供电设备供电功率的识别

车辆控制装置通过检测相关检测点与PE之间的电阻值来确认当前充电连接装置（电缆）的额定容量；通过检测相关检测点的PWM信号占空比确认当前供电设备的最大供电电流。

充电过程的监测

充电过程中，车辆控制装置可以对相关检测点与PE之间的电阻值和PWM信号占空比进行监测，供电控制装置可以监测相关检测点的电压值进行监测。

充电系统的停止

在充电过程中，当充电完成或因为其他原因不能满足继续充电的条件时，车辆控制装置和供电控制装置分别停止充电的相关控制功能。

对于供电控制装置来说，在电动汽车充电过程中需要通过充电电缆在车辆控制装置间实现控制导引电路的基本功能并完成相应的工作控制。当操作人员对供电设备完成启动设置后，如供电设备无故障，并且供电接口已完成对接，则对应开关切换至PWM连接状态，由供电控制装置输出1kHz的PWM信号（初始PWM的占空比由供电控制装置的容量确定）。在充电过程中，供电控制装置检测对应检测点的电压值，根据电压值来确定当前的状态：12V（状态1）、9V（状态2）或者其他非6V（状态3），根据不同状态决定是否断开或者闭合交流供电回路。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，控制导引电路相关检测点电平检测解决方案，通过较简单的硬件电路，实现国家标准《GB/T 20234.2-2011 电动汽车传导充电用连接装置 第2部分：交流充电接口》规定的供电控制装置须具有的对应PWM电平检测功能。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：包括快速泄放电路11、电容滤波电路12和比较器电路13；PWM信号经过电容滤波电路12形成直流信号传入比较器电路13，比较器电路13的输出端与CPU相连；与CPU相连的快速泄放电路11输出端与电容滤波电路12的输入端相连。

所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：PWM信号通过二极管D1与电容滤波电路12相连。

所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：所述快速泄放电路11包括三极管Q1、基极限流电阻R1和放电限流电阻R2，三极管Q1的基极与基极限流电阻R1相连，三极管Q1的集电极与放电限流电阻R2串联后与电容滤波电路12并联，三极管Q1的发射极接地。

所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：所述电容滤波电路12包括滤波电容C1和第三分压电阻R3、第四分压电阻R4，第三分压电阻R3与第四分压电阻R4串联后与滤波电容C1并联，第三分压电阻R3与第四分压电阻R4的节点与比较器电路13相连。

所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：所述比较器电路13包括第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C，所述第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C 的“-”输入端均接至第三分压电阻R3与第四分压电阻R4的节点，第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C 的“+”输入端分别接第一门限电压Vref1、第二门限电压Vref2和第三门限电压Vref3；第一门限电压Vref1由电源电压VCC经第五电阻R5和第六电阻R6分压后提供，第二门限电压Vref2由电源电压VCC经第七电阻R7和第八电阻R8分压后提供，第三门限电压Vref3由电源电压VCC经第九电阻R9和第十电阻R10分压后提供。

作为优选方案，所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：所述第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C的输出端分别外接第一上拉电阻R11、第二上拉电阻R12和第三上拉电阻R13。

有益效果：本发明提供的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，1、本发明的电路结构简单；2、元器件可靠性高，对元器件参数要求较低，成本低；3、电路调试简单；4、电路工作稳定可靠，装置误动作率低。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2是本发明的具体实施电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

图1是PWM信号电平比较电路的原理框图，图2是本发明的具体实施电路图，图中虚线部分是本发明的核心电路部分，包括电容电荷的快速泄放电路11，快速泄放电路11的输出端接到电容滤波电路12的输入端，电容滤波电路12的输出端接到比较器电路13的输入端（“－”端），比较器电路13的输出端接至CPU的IO输入端。

如图1所示，一种基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，包括快速泄放电路11、电容滤波电路12和比较器电路13；PWM信号经过电容滤波电路12形成直流信号传入比较器电路13，比较器电路13的输出端与CPU相连；与CPU相连的快速泄放电路11输出端与电容滤波电路12的输入端相连。

如图2所示，PWM信号通过二极管D1与电容滤波电路12相连。快速泄放电路11包括三极管Q1、基极限流电阻R1和放电限流电阻R2，三极管Q1的基极与基极限流电阻R1相连，三极管Q1的集电极与放电限流电阻R2串联后与电容滤波电路12并联，三极管Q1的发射极接地。电容滤波电路12包括滤波电容C1和第三分压电阻R3、第四分压电阻R4，第三分压电阻R3与第四分压电阻R4串联后与滤波电容C1并联，第三分压电阻R3与第四分压电阻R4的节点与比较器电路13相连。比较器电路13包括第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C，所述第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C 的“-”输入端均接至第三分压电阻R3与第四分压电阻R4的节点，第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C 的“+”输入端分别接第一门限电压Vref1、第二门限电压Vref2和第三门限电压Vref3；第一门限电压Vref1由电源电压VCC经第五电阻R5和第六电阻R6分压后提供，第二门限电压Vref2由电源电压VCC经第七电阻R7和第八电阻R8分压后提供，第三门限电压Vref3由电源电压VCC经第九电阻R9和第十电阻R10分压后提供。作为优选方案，第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C的输出端分别外接第一上拉电阻R11、第二上拉电阻R12和第三上拉电阻R13。用以避免输出信号Out1、Out2和Out3的不确定。

本发明中，针对容量确定的电动汽车供电控制装置，其充电PWM信号的变化范围是已知的。故选择参数合适的电容滤波电路12，将PWM信号滤波处理后得到电压变化范围可以确定的直流信号。然后通过比较器电路13，与相应的门限电压比较。CPU通过读取比较器的输出，从而对充电PWM信号输出的三个电压状态（12V，9V，6V）实现实时监视。为达到较好的滤波效果，电容滤波电路12的响应速度会比较迟缓。尤其是当PWM电平出现从高到低的跳变时，由于电容滤波电路12放电速度较慢，电容电压不能迅速做出变化，这将影响整个系统做出正确响应。为解决此问题，电路增加了由CPU控制的包含三极管的快速泄放电路11。CPU按照一定的控制策略，对滤波电容电荷进行快速泄放，从而使滤波电容能够快速响应PWM电压值的变化。

本实施例的工作原理如下：在电动汽车充电时，供电控制装置通过充电电缆与车辆控制装置实现连接。当操作人员对供电设备完成启动设置后，如无异常则对应开关切换至PWM连接状态，由供电控制装置输出1kHz的PWM信号。为同时检测该信号电平状态，将此信号经二极管D1引入检测电路。三极管Q1一般情况下处于关闭状态，则 PWM信号经滤波电容C1滤波后形成直流信号。为保证电容滤波效果，第三分压电阻R3与第四分压电阻R4一般选取阻值较大，电容电压经分压后得到电压V-进入第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C的负向输入端，在正向输入端分别接第一门限电压Vref1、第二门限电压Vref2和第三门限电压Vref3，门限电压由VCC经分压电阻获得，而无需精度较高的基准电压源。第一比较器U1A、第二比较器U1B和第三比较器U1C分别通过上拉电阻R11、R12和R13以避免输出信号Out1、Out2和Out3的不确定。

在充电过程中，供电控制装置CPU按照一定周期循环检测比较器输出信号Out1、Out2和Out3，从而决定是否断开或者闭合交流供电回路。

为了区分PWM不同电平状态，比较器电路13的正向输入端（“＋”端）需接入不同的门限电平Vref1、Vref2和Vref3（Vref1>Vref2>Vref3）。比较器的输出情况具体说明如下：

装置上电，无PWM信号时，V-=0，Out1=1，Out2=1，Out3=1；

当V-<Vref3时，Out1=1，Out2=1，Out3=1；

当Vref3<V-<Vref2时，Out1=0，Out2=1，Out3=1；

当Vref2<V-<Vref1时，Out1=0，Out2=0，Out3=1；

当Vref1<V-时，Out1=0，Out2=0，Out3=0；

CPU读取Out1、Out2和Out3的电平状态，判断PWM的电平范围。

为保证PWM电平由高变低时，比较器信号能够做到快速响应，这就要求电容C1的电压能够快速下降。如果仅仅通过R3、R4给电容放电，放电时间常数为RC，如果电容为uF级，电阻为MΩ级，则时间常数Γ=1S，必然造成系统响应迟缓。本发明的快速泄放电路11很好的解决了此问题，通过由CPU控制的三极管Q1和放电限流电阻R2相配合，当CPU读取完比较器输出信号Out1、Out2和Out3的电平状态后，由CPU的IO管脚发出脉冲信号S1使三极管Q1导通，主动给电容滤波电路12的滤波电容C1快速放电。放电脉冲S1的宽度为可编程，由滤波电容C1和电容电压变化范围等参数确定。原则上是确保滤波电容C1电压在脉冲时间内，能够由最大电压12V下降至第三比门限电压Vref3低就可满足要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：包括快速泄放电路（11）、电容滤波电路（12）和比较器电路（13）；PWM信号经过电容滤波电路（12）形成直流信号传入比较器电路（13），比较器电路（13）的输出端与CPU相连；与CPU相连的快速泄放电路（11）输出端与电容滤波电路（12）的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：PWM信号通过二极管（D1）与电容滤波电路（12）相连。

3.根据权利要求1所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：所述快速泄放电路（11）包括三极管（Q1）、基极限流电阻（R1）和放电限流电阻（R2），三极管（Q1）的基极与基极限流电阻（R1）相连，三极管（Q1）的集电极与放电限流电阻（R2）串联后与电容滤波电路（12）并联，三极管（Q1）的发射极接地。

4.根据权利要求1、2、3所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：所述电容滤波电路（12）包括滤波电容（C1）和第三分压电阻（R3）、第四分压电阻（R4），第三分压电阻（R3）与第四分压电阻（R4）串联后与滤波电容（C1）并联，第三分压电阻（R3）与第四分压电阻（R4）的节点与比较器电路（13）相连。

5.根据权利要求4所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：所述比较器电路（13）包括第一比较器（U1A）、第二比较器（U1B）和第三比较器（U1C），所述第一比较器（U1A）、第二比较器（U1B）和第三比较器（U1C）的“-”输入端均接至第三分压电阻（R3）与第四分压电阻（R4）的节点，第一比较器（U1A）、第二比较器（U1B）和第三比较器（U1C） 的“+”输入端分别接第一门限电压（Vref1）、第二门限电压（Vref2）和第三门限电压（Vref3）；第一门限电压（Vref1）由电源电压VCC经第五电阻（R5）和第六电阻（R6）分压后提供，第二门限电压（Vref2）由电源电压VCC经第七电阻（R7）和第八电阻（R8）分压后提供，第三门限电压（Vref3）由电源电压VCC经第九电阻（R9）和第十电阻（R10）分压后提供。

6.根据权利要求5所述的基于PWM信号电平比较的充电枪连接状态判别电路，其特征在于：所述第一比较器（U1A）、第二比较器（U1B）和第三比较器（U1C）的输出端分别外接第一上拉电阻（R11）、第二上拉电阻（R12）和第三上拉电阻（R13）。

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