CN106655114A - 一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路 - Google Patents

Abstract

一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路，涉及一种泄放电路。包括电阻R1、R2、R3、R4、泄放电阻R5、直流电源VDD、稳压二极管Q1、三极管V1、光电耦合器U1、电阻串X1、IGBT模块以及由电阻R14、R15、光电耦合器U2组成的反馈控制电路；因为加入检测反馈的功能，本发明可以很好避免泄放电阻被错误地接入输出电压中造成泄放电阻因为持续大电流而发热烧毁，杜绝充电桩设备着火等安全事故。

Description

一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路

技术领域

本发明涉及一种泄放电路，具体为一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路。

背景技术

直流充电桩中的标准《GBT18487.1-2015充电系统通用要求》明确要求充电桩具备泄放回路保证充电连接器断开后1S内供电接口电压降到60VDC以下。

目前市场上因为泄放电路设计不合理导致的泄放功率电阻烧毁的事故频繁发生。当前主流有两类高压直流电源能量泄放电路被应用到了直流充电桩中，一类是采用一路隔离低压直流电源驱动高压IGBT控制泄放电阻回路通断，需要额外提供一个直流电压，其缺点是采用了开环控制（即只有控制，没有状态反馈检测信号），因为输出电压一般比较高（几百伏），一旦出现在IGBT处于导通状态并且直流电源模块仍然在正常工作的情况，泄放电阻等效为接到输出电压两端对输出电压进行放电，这样就会因为回路中持续电流大（几十安培）造成过热烧毁。另一类是采用高压直流继电器控制泄放功率电阻的导通，需要放电时控制继电器触点闭合，将泄放电阻接入输出电压中对直流电源模块中残余电压进行放电。这种方案的缺点是高压直流继电器成本一般比较高（大概是IGBT的20倍的成本），同时也不具备通断状态检测信号。

以上两类方式都因为不具备泄放回路通断状态检测功能，导致了泄放功率电阻在异常情况被烧毁的事故频繁发生。

发明内容

为了提高直流充电桩在对输出电压泄放的可靠性，本发明提供了一个对传统IGBT控制的泄放电路改进的一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路，增加反馈控制部分，实现既可以控制泄放电路，又可以检测控制是否执行的功能。

实现上述目的的技术方案是：一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路，其特征在于：包括电阻R1、R2、R3、R4、泄放电阻R5、直流电源VDD、稳压二极管Q1、三极管V1、光电耦合器U1、电阻串X1以及IGBT模块；

所述电阻R1的一端、电阻R2的一端与三极管V1的B极连接，电阻R2的另一端与三极管V1的E极连接并接地，三极管V1的C极与光电耦合器U1输入端的1脚连接，光电耦合器U1输入端的2脚通过电阻R3连接直流电源VDD；

所述光电耦合器U1输出端的3脚与IGBT模块的E极连接，所述光电耦合器U1输出端的4脚与IGBT模块的G极连接，IGBT模块的C极连接泄放电阻R5的一端，泄放电阻R5的另一端连接电阻串X1的一端，电阻串X1的另一端连接IGBT模块的G极；

所述稳压二极管Q1的负极、电阻R4的一端与IGBT模块的G极连接，稳压二极管Q1的正极、电阻R4的另一端与IGBT模块的E极连接。

进一步地，所述电阻串X1由多个电阻串接而成。

进一步地，该高压直流能量泄放控制电路还包括由电阻R14、R15、光电耦合器U2组成的反馈控制电路，所述电阻R6的一端连接所述直流电源VDD、电阻R14的另一端、电阻R15的一端连接光电耦合器U2输出端的4脚，光电耦合器U2输出端的3脚接地，光电耦合器U2的输入端串接在光电耦合器U1输出端的3脚与IGBT模块的G-E极之间，并且光电耦合器U2输入端的2脚与光电耦合器U1输出端的3脚连接，光电耦合器U2输入端的1脚与IGBT模块的E极连接。

本发明的工作原理将在具体实施方式部分详细说明。

本发明的有益效果：

本发明采用IGBT控制接入泄放电阻的方案，主要元件为IGBT、泄放电阻、光电耦合器和稳压二极管，与采用高压继电器的方案相比，减少了设计中元件成本，同时减小了元件所占的空间体积。

本发明能够很好地实现安全标准中要求的“充电连接器断开后1S内供电接口电压降到60VDC以下”功能。

与采用一路隔离低压直流电源驱动高压IGBT控制泄放电阻回路通断方案相比，本发明采用了带有控制反馈的线路，检测系统是否在执行CPU发送的充电和泄放电压命令并将信号实时反馈给CPU，同时也实时检测IGBT的工作状态。

因为加入检测反馈的功能，本发明可以很好避免泄放电阻被错误地接入输出电压中造成泄放电阻因为持续大电流而发热烧毁，杜绝充电桩设备着火等安全事故。

附图说明

图1为第一实施例的电路图；

图2为第二实施例的电路图；

图3为现有充电桩的工作原理图。

具体实施方式

本发明公开了一种应用于电动车充电桩的高压直流能量泄放控制电路。

现有电动汽车充电桩如图3所示，包括充电控制单元1、泄放电路2、直流电源模块3、接触器4，待充电的电动汽车5连接在接触器4的输出端。

直流电源模块3、接触器4和电动汽车5依次串接形成充电线路，直流电源模块3的输入端连接电网。直流电源模块3将电网来的三相电转换为可以供电动汽车5充电的直流电压，接触器4的作用是可以随时断开直流电源模块3与电动汽车5的连接，异常充电时保护电动汽车5免受充损坏。

充电控制单元1分别连接泄放电路2、直流电源模块3以及接触器4，通过充电控制单元1控制直流电源模块3的开启和关闭、接触器4的开启和关闭以及泄放电路2的工作。

泄放电路2同时还连接直流电源模块3，通过充电控制单元1控制对直流电源模块3的输出残余电压进行放电。

本发明主要是对现有泄放电路2进行改进，提供一种新型的高压直流能量泄放控制电路，并且包括两种不同的实施例。

第一实施例：

如图1所示，本发明包括电阻R1、R2、R3、R4、泄放电阻R5、直流电源VDD、稳压二极管Q1、三极管V1、光电耦合器U1、电阻串X1以及IGBT模块；

电阻R1的一端连接充电控制单元1，用于接收充电控制单元1的输出驱动信号，电阻R1的另一端、电阻R2的一端与三极管V1的B极连接，电阻R2的另一端与三极管V1的E极连接并接地，三极管V1的C极与光电耦合器U1输入端的1脚连接，光电耦合器U1输入端的2脚通过电阻R3连接直流电源VDD；

所述光电耦合器U1输出端的3脚与IGBT模块的E极连接，所述光电耦合器U1输出端的4脚与IGBT模块的G极连接，IGBT模块的C极连接泄放电阻R5的一端，泄放电阻R5的另一端连接电阻串X1的一端，电阻串X1的另一端连接IGBT模块的G极，电阻串X1由电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13串接而成。

所述稳压二极管Q1的负极、电阻R4的一端与IGBT模块的G极连接，稳压二极管Q1的正极、电阻R4的另一端与IGBT模块的E极连接。

作为本实施例的优选：本实施中的直流电源VDD可以采用充电控制单元1的供电电源。

直流电源模块3输出端的正极连接在电阻串X1与泄放电阻R5之间，直流电源模块3输出端的负极连接IGBT模块的E极。

本实施例的工作原理：

电动汽车充电时：充电控制单元1输出高电平信号（接近直流电源VDD）时，经过电阻R1、R2分压后可以驱动三极管V1工作在饱和状态，光电耦合器U1的1-2两脚有电流通过，反应到3-4两脚饱和导通，使IGBT模块的G-E两端电压被拉到低电压（接近0V），所以IGBT模块处于截止工作状态。泄放电阻R5不能被接到直流电源模块3的输出电压中，因此泄放电路被禁止，此时直流电压模块3可以正常输出。

泄放电路放电时：充电控制单元1输出低电平信号（接近0V）时，三极管V1将工作在截止状态，光电耦合器U1的1-2两脚没有电流通路，所以3-4两脚截止断开。同时直流电源模块3的输出电压经过电阻串X1到IGBT模块的G极，因为稳压二极管Q1的限制，IGBT模块的电压被限制为稳压二极管Q1的稳压值，IGBT模块工作在饱和导通状态，泄放电阻R5被接入输出电压中，对输出电压进行放电。

本实施例相对于现有泄放电路的优点：

本发明的IGBT模块的驱动采用直流电源模块3的输出电压驱动，因此不需要额外提供一个与直流电源模块3的输出电压共地的电压来驱动IGBT。同时结合一个稳压二极管和电阻可以实现较低的电压就可以控制整个泄放电路。而现在技术的问题在于低压直流电源如果与直流电源模块3的输出电压共地，则易受到高压的入侵，增加不安全的风险。

第二实施例：

如图2所示，本实施例相对第一实施例的区别在于:增加了由电阻R14、R15、光电耦合器U2组成的反馈控制电路，电阻R15的一端连接充电控制单元1，电阻R15的另一端连接光电耦合器U2输出端的4脚、电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接所述直流电源VDD，光电耦合器U2输出端的3脚接地，光电耦合器U2的输入端串接在光电耦合器U1输出端的3脚与IGBT模块的E极之间，并且光电耦合器U2输入端的2脚与光电耦合器U1输出端的3脚连接，光电耦合器U2输入端的1脚与IGBT模块的E极连接。

第二实施例的工作原理：

电动汽车充电时：充电控制单元1输出高电平信号（接近直流电源VDD）时，经过电阻R1、R2分压后可以驱动三极管V1工作在饱和状态，光电耦合器U1的1-2两脚有电流通过，反应到3-4两脚饱和导通，同时光电耦合器U2的1-2两脚有电流通过，反应到3-4两脚饱和导通，输出低电平（接近0V）到充电控制单元1。因为光电耦合器U1的3-4两脚饱和导通和光电耦合器U2的1-2两脚有电流通过，所以IGBT模块的G-E两端电压被拉到低电压（接近0V），所以IGBT模块处于截止工作状态。泄放电阻R5不能被接到输出电压中，因此泄放电路被禁止，此时直流电压模块3可以正常输出。

如果在电动汽车充电过程中，充电控制单元1检测到光电耦合器U1、光电耦合器U2所处的线路处于断开状态，充电控制单元1将控制直流电源模块3停止工作并断开接触器4，发送报警信号，因此防止了IGBT模块处于导通状态而使泄放电阻R5长期接入输出电压损坏。

泄放电路放电时：充电控制单元1输出信号为低电平（接近0V）时，三极管V1将工作在截止状态，光电耦合器U1的1-2两脚没有电流通路，3-4两脚截止断开，光电耦合器U2的1-2两脚没有电流通路，直流电源VDD经过电阻R14、R15输出高电平给充电控制单元1。同时直流电源模块3的输出电压经过电阻串X1到IGBT模块的G极，因为稳压二极管Q1的限制，IGBT模块的电压被限制为稳压二极管Q1的稳压值，IGBT模块工作在饱和导通状态，泄放电阻R5被接入输出电压中，对输出电压进行放电。

如果在泄放电阻R5放电过程中，充电控制单元1检测到光电耦合器U1、光电耦合器U2所处的线路处于导通状态，充电控制单元1将发送报警信号，表明泄放电路工作异常。

第二实施例中加入了反馈控制电路，可以很好避免泄放电阻R5被错误地接入输出电压中造成泄放电阻因为持续大电流而发热烧毁，杜绝充电桩设备着火等安全事故。

第一实施例和第二实施例中的电阻R4的作用：当IGBT模块的G-E电压处于悬浮状态时（如输出电压降到一定电压时，在IGBT模块的G极电压低于稳压二极管Q1的稳压值时），将IGBT模块的G-E电压拉低，防止IGBT模块因为外界干扰高电压注入G-E极而导致IGBT模块处于饱和导致状态。

第一实施例和第二实施例中的电阻R6-R13需要考虑到额定功率和额定电压，本实施例中采用8个电阻串联。

Claims (3)

1.一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路，其特征在于：包括电阻R1、R2、R3、R4、泄放电阻R5、直流电源VDD、稳压二极管Q1、三极管V1、光电耦合器U1、电阻串X1以及IGBT模块；

所述电阻R1的一端、电阻R2的一端与三极管V1的B极连接，电阻R2的另一端与三极管V1的E极连接并接地，三极管V1的C极与光电耦合器U1输入端的1脚连接，光电耦合器U1输入端的2脚通过电阻R3连接直流电源VDD；

所述光电耦合器U1输出端的3脚与IGBT模块的E极连接，所述光电耦合器U1输出端的4脚与IGBT模块的G极连接，IGBT模块的C极连接泄放电阻R5的一端泄放电阻R5的另一端连接电阻串X1的一端，电阻串X1的另一端连接IGBT模块的G极；

所述稳压二极管Q1的负极、电阻R4的一端与IGBT模块的G极连接，稳压二极管Q1的正极、电阻R4的另一端与IGBT模块的E极连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路，其特征在于：所述电阻串X1由多个电阻串接而成。

3.根据权利要求1所述的一种具有控制反馈的高压直流能量泄放控制电路，其特征在于：该高压直流能量泄放控制电路还包括由电阻R14、R15、光电耦合器U2组成的反馈控制电路，所述电阻R14的一端连接所述直流电源VDD、电阻R14的另一端、电阻R15的一端连接光电耦合器U2输出端的4脚，光电耦合器U2输出端的3脚接地，光电耦合器U2的输入端串接在光电耦合器U1输出端的3脚与IGBT模块的E极之间，并且光电耦合器U2输入端的2脚与光电耦合器U1输出端的3脚连接，光电耦合器U2输入端的1脚与IGBT模块的E极连接。