CN105372480A - 一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，属于充电桩电路技术领域。一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，连接充电桩的三相交流输入的每一组相分成两路；其中一路三组相接整流模块，整流模块的输出接电压采样模块，电压采样模块的输出分别接过压比较模块和欠压比较模块；另一路三组相接限流模块，限流模块的输出经零值电压采样模块后接入缺相比较模块；过压比较模块、欠压比较模块和缺相比较模块的输出分别经信号转换模块后输出MCU可识别的电平信号。本发明通过电压采样模块和电压零值采样模块对三相交流输入进行检测，随时监控三相电压的情况，并向充电桩控制系统中的MCU输出可识别的过压、欠压和缺相信号。
Description
技术领域
本发明属于充电桩电路技术领域，特别涉及一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路。
背景技术
随着人类环境的变化和节能减排的呼声越来越高，绿色能源的开发成了当今社会的发展主题，而作为减少温室气体排放和减轻对原油进口依赖的解决方案之一，新能源汽车将成为各国汽车工业发展的大势所趋，其中尤以电动汽车受到世界各国的极大关注。
电动汽车是一种清洁、低碳型绿色车辆，主要采用动力蓄电池作为主要电源。现有的动力蓄电池容量有限，市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100km至300km，然后需要更换新充满电池进行补给。随着人们对快速充电的迫切要求，大功率直流充电桩的使用越来越普遍。
充电桩的输入为三相交流电，在使用过程中，三相交流电会因为电网或者线路问题出现过压、欠压及缺相等情况。这时，如果充电桩内没有相应的保护，会损坏连接在充电桩上充电的动力蓄电池。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，用于对三相交流输入进行过压、欠压及缺相的检测，并根据检测结果向充电桩控制系统中的MCU发出相应的信号。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，用于在充电桩的三相交流输入过压、欠压或缺相时，向充电桩控制系统中的MCU输出相应的过压、欠压或缺相信号，其特征在于，包括分别与三相交流输入相接的整流模块和限流模块，整流模块的输出经电压采样模块后分别接过压比较模块的输入端和欠压比较模块的输入端，限流模块的输出经电压零值采样模块后接缺相比较模块的输入端，过压比较模块、欠压比较模块和缺相比较模块的输出分别经信号转换模块后输出；
其中：
所述整流模块，用于对三相交流电输入进行整流，将交流电整流为直流电；
所述限流模块，用于对三相交流电输入进行电流限制；
所述电压采样模块，用于对整流后的直流电进行电压采样；
所述电压零值采样模块，用于对限流后的三相交流电输入进行零值电压的检测；
所述过压比较模块，用于将采样电压和设定的基准高压进行比较，并输出比较结果；
所述欠压比较模块，用于将采样电压和设定的基准低压进行比较，并输出比较结果；
所述缺相比较模块，用于将电压零值采样模块的输出和设定的基准非零值电压进行比较，并输出比较结果；
所述信号转换模块，分别用于将过压、欠压和缺相比较模块的比较结果转换成MCU识别的电平信号输出。
其中，所述整流模块采用六个二极管和一个电容组成；其中二极管一、二极管二和二极管三的阳极分别接每相交流输入端，三者的阴极则并联后分别接电容的一端和电压采样模块；二极管四、二极管五和二极管六的阴极也分别接每相交流输入端，三者的阳极和电容的另一端均接地。
其中，所述电压采样模块由串联的电阻四和电阻五组成；电阻四的一端接整流模块的输出端，电阻五的一端接地，电阻四和电阻五之间为电压采样点，该点分别接入压比较模块和欠压比较模块的输入端。
其中，所述过压比较模块为比较器一，所述比较器一的反相输入端接电压采样模块的输出，同相输入端接基准高压，输出端接信号转换模块。
其中，所述欠压比较模块为比较器二，所述比较器二的同相输入端接电压采样模块的输出，反相输入端接基准低压，输出端接信号转换模块。
其中，所述基准高压和基准低压通过依次串联的电阻十二、电阻十三和电阻十四对基准直流电压进行分压获得；电阻十二的一端接基准直流电压，电阻十二的另一端经电阻十三后接电阻十四的一端，电阻十四的另一端接地；所述电阻十二和电阻十三之间为基准高压采样点，接入比较器一的同相输入端；所述电阻十三和电阻十四之间为基准低压采样点，接入比较器二的反相输入端。
其中，所述限流模块由电阻一、电阻二和电阻三组成；三个电阻的一端分别每相交流输入端，三个电阻的另一端并联接入电压零值采样模块。
其中，所述电压零值采样模块包括电阻六、电阻七、电阻八和三极管；电阻六的一端接限流模块的输出端，电阻六的另一端分别接电阻七的一端和三极管的基极，电阻八的一端接基准直流电压，电阻八的另一端和三极管的集电极并联后接缺相比较模块的输入端，电阻七的另一端和三极管的发射极均接地。
其中，所述缺相比较模块为比较器三，所述比较器三的反相输入端接电压零值采样模块的输出，反相输入端接基准电压，输出端接信号转换模块；
所述基准电压通过串联的电阻十五和电阻十六对并联后的整流模块输出的直流电和基准直流电压进行分压获得，电阻十五的一端分别接整流模块的输出端和基准直流电压，电阻十五的另一端经电阻十六后接地，所述电阻十三和电阻十四之间为基准电压采样点，接入比较器三的反相输入端。
其中，所述信号转换模块包括电阻九、电阻十、电阻十一和光电耦合器；电阻九的一端接基准直流电压，电阻九的另一端分别接电阻十的一端和过压比较模块、欠压比较模块或缺相比较模块的输出端，电阻十的另一端接光电耦合器中发光二极管的正极，光电耦合器中发光二极管的负极和光电耦合器中光敏三极管的发射极均接地，电阻十一的一端接芯片工作电压，电阻十一的另一端分别接光电耦合器中光敏三极管的集电极和MCU。
本发明的有益效果为：本发明通过电压采样模块和电压零值采样模块对三相交流输入进行检测，随时监控三相电压的情况，从而对过压、欠压和缺相进行检测，并向充电桩控制系统中的MCU输出可识别的过压、欠压和缺相信号。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
如图1-图2所示，一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，用于在充电桩的三相交流输入过压、欠压或缺相时，向充电桩控制系统中的MCU输出相应的过压、欠压或缺相信号。这里，三相交流输入电压分别为Ua、Ub和Uc。检测电路包括分别与三相交流输入相接的整流模块1和限流模块5，整流模块1的输出经电压采样模块2后分别接过压比较模块3的输入端和欠压比较模块4的输入端，限流模块5的输出经电压零值采样模块6后接缺相比较模块7的输入端，过压比较模块3、欠压比较模块4和缺相比较模块7的输出分别经信号转换模块8后输出。
其中：
所述整流模块1由六个二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6和一个电容C组成。其中二极管一D1、二极管二D2和二极管三D3的阳极分别接三相交流输入电压Ua、Ub和Uc，三者的阴极则并联后分别接电容C的一端和电压采样模块2；二极管四D4、二极管五D5和二极管六D6的阴极也分别接三相交流输入电压Ua、Ub和Uc，三者的阳极和电容C的另一端均接地。三相交流输入电压Ua、Ub和Uc经整流模块1后整流为直流电输出。
所述电压采样模块2用于对整流后的直流电进行电压采样，由串联的电阻四R4和电阻五R5组成。电阻四R4的一端接整流模块1的输出端，即二极管一D1、二极管二D2和二极管三D3的阴极，电阻五R5的一端接地，电阻四R4和电阻五R5之间为电压采样点，该点分别接入过压比较模块3和欠压比较模块4的输入端，该点的采样电压即为过压和欠压检测的待测电压。
所述过压比较模块3采用比较器一U1实现过压检测的功能，用于将采样电压和设定的基准高压进行比较，并输出比较结果。比较器一U1的反相输入端接电压采样模块2的输出，即采样电压；同相输入端接基准高压；输出端接信号转换模块8。
当采样电压小于基准高压时，比较器一U1输出高电平；当采样电压大于基准高压时，比较器一U1输出低电平。
所述欠压比较模块4采用比较器二U2实现欠压检测的功能，用于将采样电压和设定的基准低压进行比较，并输出比较结果。比较器二U2的同相输入端接电压采样模块2的输出，即采样电压；反相输入端接基准低压；输出端接信号转换模块8。
当采样电压大于基准低压时，比较器二U2输出高电平；当采样电压小于基准高压时，比较器二U2输出低电平。
具体地，基准高压和基准低压通过依次串联的电阻十二R12、电阻十三R13和电阻十四R14对基准直流电压VCC进行分压获得。电阻十二R12的一端接基准直流电压VCC，电阻十二R12的另一端经电阻十三R13后接电阻十四R14的一端，电阻十四R14的另一端接地。电阻十二R12和电阻十三R13之间为基准高压采样点，该点输出的基准高压接入比较器一U1的同相输入端。电阻十三R13和电阻十四R14之间为基准低压采样点，该点输出的基准低压接入比较器二U2的反相输入端。
本发明中，将三相交流输入超过380伏的10％设定为过压，将三相交流输入低于380伏的10％设定为欠压。通过调整电阻四R4和、电阻五R5、电阻十二R12、电阻十三R13和电阻十四R14的阻值，使得三相交流输入在过压或欠压时，与之相应的比较器一U1或比较器二U2输出高电平。
所述限流模块5用于对三相交流电输入进行电流限制，由电阻一R1、电阻二R2和电阻三R3组成。三个电阻R1、R2和R3的一端分别每相交流输入端，三个电阻R1、R2和R3的另一端并联接入电压零值采样模块6。
所述电压零值采样模块6用于对限流后的三相交流输入进行零值电压的检测。由电阻六R6、电阻七R7、电阻八R8和三极管Q组成。电阻六R6的一端接限流模块5的输出端，电阻六R6的另一端分别接电阻七R7的一端和三极管Q的基极，电阻八R8的一端接基准直流电压VCC，电阻八R8的另一端和三极管Q的集电极并联后接缺相比较模块7的输入端，电阻七R7的另一端和三极管Q的发射极均接地。这里，电阻八R8的另一端和三极管Q的集电极并联端为电压零值采样模块6的输出端。
当三相交流输入不缺相时，三极管Q的基极端电压不为零，此时三极管Q为不导通的状态，电压零值采样模块6输出的电压为基准直流电压VCC；当三相交流输入缺相时，限流模块5的输出会出现瞬间零值，此时，三极管Q的基极端电压为零，三极管Q被瞬间导通，使得三极管Q集电极的电压变为零，即此时电压零值采样模块6输出的电压为零。
所述缺相比较模块7采用比较器三U3实现缺相检测功能，用于将电压零值采样模块6的输出和设定的基准非零值电压进行比较，并输出比较结果。比较器三U3的反相输入端接电压零值采样模块6的输出，反相输入端接基准电压，输出端接信号转换模块8。
具体地，基准电压通过串联的电阻十五R15和电阻十六R16对并联后的整流模块1输出的直流电和基准直流电压VCC进行分压获得。电阻十五R15的一端分别接整流模块1的输出端和基准直流电压VCC，电阻十五R15的另一端经电阻十六R16后接地。电阻十三R13和电阻十四R14之间为基准电压采样点，该点输出的基准电压接入比较器三U3的反相输入端。
当三相交流输入不缺相时，即电压零值采样模块6的输出为基准直流电压VCC时，比较器三U3的输出为低电压；当三相交流输入缺相时，即电压零值采样模块6的输出为零时，比较器三U3的输出为高电压。
所述信号转换模块8，分别用于将过压、欠压和缺相比较模块3、4、7的比较结果转换成MCU识别的电平信号输出。由电阻九R9、电阻十R10、电阻十一R11和光电耦合器IC组成。电阻九R9的一端接基准直流电压VCC，电阻九R9的另一端分别接电阻十R10的一端和过压比较模块3、欠压比较模块4或缺相比较模块7的输出端，电阻十R10的另一端接光电耦合器IC中发光二极管的正极，光电耦合器IC中发光二极管的负极和光电耦合器IC中光敏三极管的发射极均接地，电阻十一R11的一端接芯片工作电压VDD，电阻十一R11的另一端分别接光电耦合器IC中光敏三极管的集电极和MCU，即信号转换模块8的输出端。
当过压比较模块3、欠压比较模块4或缺相比较模块7的输出为高电平时，光电耦合器IC中发光二极管被导通点亮，光电耦合器IC中光敏三极管受光后导通，信号转换模块8输出MCU可识别的低电平信号，即零伏；当过压比较模块3、欠压比较模块4或缺相比较模块7的输出为低电平时，光电耦合器IC中发光二极管不导通，光电耦合器IC中光敏三极管也不导通，则信号转换模块8输出MCU可识别的高电平信号，即芯片工作电压VDD。
本发明中，三相交流输入正常的情况下，即没有过压、欠压和缺相，过压比较模块3和欠压比较模块4的输出为高电平，缺相比较模块7的输出为低电平，与之相接的信号转换模块8的输出Uo1、Uo2和Uo3分别为低电平、低电平和高电平；而当三相交流输入出现过压、欠压或缺相时，过压比较模块3和欠压比较模块4的输出为低电平，缺相比较模块7的输出为高电平，与之相接的信号转换模块8的输出Uo1、Uo2和Uo3分别为高电平、高电平和低电平。
通过采用本发明，利用电压采样模块3和电压零值采样模块6对三相交流输入进行检测，随时监控三相电压Ua、Ub和Uc的情况，从而对过压、欠压和缺相进行检测，并向充电桩控制系统中的MCU输出可识别的过压、欠压和缺相信号，以便充电桩控制系统及时发出停止充电的指令，保护连接在充电桩上充电的动力蓄电池。
Claims (10)
1.一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，用于在充电桩的三相交流输入过压、欠压或缺相时，向充电桩控制系统中的MCU输出相应的过压、欠压或缺相信号，其特征在于，包括分别与三相交流输入相接的整流模块(1)和限流模块(5)，整流模块(1)的输出经电压采样模块(2)后分别接过压比较模块(3)的输入端和欠压比较模块(4)的输入端，限流模块(5)的输出经电压零值采样模块(6)后接缺相比较模块(7)的输入端，过压比较模块(3)、欠压比较模块(4)和缺相比较模块(7)的输出分别经信号转换模块(8)后输出；
其中：
所述整流模块(1)，用于对三相交流电输入进行整流，将交流电整流为直流电；
所述限流模块(5)，用于对三相交流电输入进行电流限制；
所述电压采样模块(2)，用于对整流后的直流电进行电压采样；
所述电压零值采样模块(6)，用于对限流后的三相交流电输入进行零值电压的检测；
所述过压比较模块(3)，用于将采样电压和设定的基准高压进行比较，并输出比较结果；
所述欠压比较模块(4)，用于将采样电压和设定的基准低压进行比较，并输出比较结果；
所述缺相比较模块(7)，用于将电压零值采样模块(6)的输出和设定的基准非零值电压进行比较，并输出比较结果；
所述信号转换模块(8)，分别用于将过压、欠压和缺相比较模块(3、4、7)的比较结果转换成MCU识别的电平信号输出。
2.根据权利要求1所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述整流模块(1)采用六个二极管(D1、D2、D3、D4、D5、D6)和一个电容(C)组成；其中二极管一(D1)、二极管二(D2)和二极管三(D3)的阳极分别接每相交流输入端，三者的阴极则并联后分别接电容(C)的一端和电压采样模块(2)；二极管四(D4)、二极管五(D5)和二极管六(D6)的阴极也分别接每相交流输入端，三者的阳极和电容(C)的另一端均接地。
3.根据权利要求1所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述电压采样模块(2)由串联的电阻四(R4)和电阻五(R5)组成；电阻四(R4)的一端接整流模块(1)的输出端，电阻五(R5)的一端接地，电阻四(R4)和电阻五(R5)之间为电压采样点，该点分别接入过压比较模块(3)和欠压比较模块(4)的输入端。
4.根据权利要求1所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述过压比较模块(3)为比较器一(U1)，所述比较器一(U1)的反相输入端接电压采样模块(2)的输出，同相输入端接基准高压，输出端接信号转换模块(8)。
5.根据权利要求1所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述欠压比较模块(4)为比较器二(U2)，所述比较器二(U2)的同相输入端接电压采样模块(2)的输出，反相输入端接基准低压，输出端接信号转换模块(8)。
6.根据权利要求4或5所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述基准高压和基准低压通过依次串联的电阻十二(R12)、电阻十三(R13)和电阻十四(R14)对基准直流电压(VCC)进行分压获得；电阻十二(R12)的一端接基准直流电压(VCC)，电阻十二(R12)的另一端经电阻十三(R13)后接电阻十四(R14)的一端，电阻十四(R14)的另一端接地；所述电阻十二(R12)和电阻十三(R13)之间为基准高压采样点，接入比较器一(U1)的同相输入端；所述电阻十三(R13)和电阻十四(R14)之间为基准低压采样点，接入比较器二(U2)的反相输入端。
7.根据权利要求1所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述限流模块(5)由电阻一(R1)、电阻二(R2)和电阻三(R3)组成；三个电阻的一端分别每相交流输入端，三个电阻的另一端并联接入电压零值采样模块(6)。
8.根据权利要求1所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述电压零值采样模块(6)包括电阻六(R6)、电阻七(R7)、电阻八(R8)和三极管(Q)；电阻六(R6)的一端接限流模块(5)的输出端，电阻六(R6)的另一端分别接电阻七(R7)的一端和三极管(Q)的基极，电阻八(R8)的一端接基准直流电压(VCC)，电阻八(R8)的另一端和三极管(Q)的集电极并联后接缺相比较模块(7)的输入端，电阻七(R7)的另一端和三极管(Q)的发射极均接地。
9.根据权利要求1所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述缺相比较模块(7)为比较器三(U3)，所述比较器三(U3)的反相输入端接电压零值采样模块(6)的输出，反相输入端接基准电压，输出端接信号转换模块(8)；
所述基准电压通过串联的电阻十五(R15)和电阻十六(R16)对并联后的整流模块(1)输出的直流电和基准直流电压(VCC)进行分压获得，电阻十五(R15)的一端分别接整流模块(1)的输出端和基准直流电压(VCC)，电阻十五(R15)的另一端经电阻十六(R16)后接地，所述电阻十三(R13)和电阻十四(R14)之间为基准电压采样点，接入比较器三(U3)的反相输入端。
10.根据权利要求1所述的一种用于充电桩的过压、欠压及缺相检测电路，其特征在于，所述信号转换模块(8)包括电阻九(R9)、电阻十(R10)、电阻十一(R11)和光电耦合器(IC)；电阻九(R9)的一端接基准直流电压(VCC)，电阻九(R9)的另一端分别接电阻十(R10)的一端和过压比较模块(3)、欠压比较模块(4)或缺相比较模块(7)的输出端，电阻十(R10)的另一端接光电耦合器(IC)中发光二极管的正极，光电耦合器(IC)中发光二极管的负极和光电耦合器(IC)中光敏三极管的发射极均接地，电阻十一(R11)的一端接芯片工作电压(VDD)，电阻十一(R11)的另一端分别接光电耦合器(IC)中光敏三极管的集电极和MCU。
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