CN108790895B - 一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构以及控制方法 - Google Patents

一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构以及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构及其控制方法，包括继电器、电源模块、交流过零检测电路以及单片机，所述电源模块、所述继电器以及所述单片机依次连接，所述交流过零检测电路分别与所述电源模块以及所述继电器连接。本发明成本低廉，易于实现，利用过零检测电路检测出交流电压过零点，再通过软件控制继电器动作，保证继电器触点在交流电压零点附近吸合及零点断开，以尽可能减少触点拉弧，从而起到保护继电器触点的目的，延长继电器的寿命。

Description

一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构以及控制 方法
技术领域
本发明涉及充电桩技术领域，具体地说，是涉及一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构以及控制方法。
背景技术
充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。
现有技术的交流充电桩在充电过程中，通过控制继电器吸合及断开实现与车辆充电接口关联。由于容性负载及触点吸合压差等影响，在控制继电器接通及继开的瞬间，继电器触点常因打火和拉弧而提前损坏，进而缩短了继电器的使用寿命。
上述缺陷，值得解决。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构以及控制方法。
本发明技术方案如下所述：
一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构，包括继电器、电源模块、交流过零检测电路以及单片机(MCU)，所述电源模块、所述继电器以及所述单片机(MCU)依次连接，所述交流过零检测电路分别与所述电源模块以及所述继电器连接；
所述继电器用于控制交流充电桩与车辆充电接口的断开及闭合；
所述电源模块用于提供MCU控制器及所述继电器等相关电路元器件所需电压；
所述交流过零检测电路用于将交流电源输入的交流电压的每个周期的零点转换为电平信号；
所述单片机(MCU)用于根据所述电平信号和预先存储的继电器延迟时间设置所述继电器的开启时刻。
进一步的，所述交流过零检测电路包括放大器U1-A，
交流侧N分别与电阻R3一端、电阻R11一端以及放电线圈FDG2连接，电阻R11另一端依次经过电阻R12、电阻R13以及电阻R14分别与所述放大器U1-A的正输入端、电阻R15一端以及电容C2一端，所述电阻R15另一端与所述电容C2另一端接地端，
交流侧L分别与电阻R1一端以及电阻R4一端连接，所述电阻R4另一端依次经过电阻R5、电阻R6以及电阻R7分别与所述放大器U1-A的负输入端、电阻R8一端、电阻R9一端以及电容C3一端连接，所述电阻R8另一端与所述电容C3另一端接地端，所述电阻R1另一端经过电阻R2与所述电阻R3另一端连接。
所述放大器U1-A输出端分别与所述电阻R9另一端、整流二极管D1的阴极、稳压管Z2一端、电阻R23一端以及电阻R24一端连接，电阻R24另一端分别与电容C5一端、二极管D5的第3引脚以及电平信号输出端AC-ZERO1连接，
放大器U1-A的第4引脚分别与电容C1一端以及电阻R10一端连接，电容C1另一端接地端，电阻R10另一端与负向电源端连接，
放大器U1-A的第8引脚分别与电阻R16一端以及电容C4、一端连接，电容C4另一端分别与所述整流二极管D1阳极、稳压管Z2第1引脚以及第2引脚、电容C5另一端以及二极管D5另一端接地端，所述所述电阻R16另一端与正向电源端连接。
进一步的，所述正向电源的电压为12V,所述负向电源的电压为-12V。
进一步的，所述交流过零检测电路包括光耦OT1，
交流侧L依次经过电阻R17以及电阻R18与二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极分别与二极管D3的阴极以及所述光耦OT1的输入端正极连接，
交流侧N依次经过电阻R19以及电阻R20分别与所述二极管D3的阳极以及所述光耦OT1的输入端负极连接，
所述光耦OT1输出端正极分别与电阻R21一端以及电阻R22一端连接，所述电阻R21另一端与接线端VDD连接，
所述光耦OT1输出端负极分别与电容C6一端以及二极管D4第1引脚连接，所述二极管D4第2引脚与所述接线端VDD连接，所述电阻R22另一端分别与所述电容C6另一端、所述二极管D4第3引脚以及电平信号输出端AC-ZER02连接。
一种基于权利要求1-4任一项所述的基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、开始；
(2)、用户确认交流充电桩；
a、交流过零点检测电路信号输出；
b、单片机(MCU)根据步骤a中的信号输出计算出“零点+时间偏值(t)”时间点；
(3)、开始充电并自检通过后，单片机(MCU)监控时间达到“零点+时间偏值(t)”时间点；
(4)、控制继电器闭合开启充电；
(5)、充电中；
(6)、判断是否需要结束充电，如果是，则进行步骤(7)，如果否，则进行步骤(6)；
(7)、达到充电结束条件，单片机(MCU)监控时间达到“零点+时间偏值(t)”时间点；
(8)、控制继电器断开并结束充电。
进一步的，在步骤(4)中，当交流过零检测电路在交流过零点时，单片机(MCU)控制瞬间吸合继电器。
进一步的，在步骤(8)中，当充电结束时，交流过零检测电路在交流过零点时，单片机(MCU)控制瞬间断开继电器。
进一步的，所述电源模块包括
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明成本低廉，易于实现，利用过零检测电路检测出交流电压过零点，再通过软件控制继电器动作，保证继电器触点在交流电压零点附近吸合及零点断开，以尽可能减少触点拉弧，从而起到保护继电器触点的目的，延长继电器的寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的一种交流过零检测电路结构图；
图3为本发明的另一种交流过零检测电路结构图；
图4为本发明中U3(MCU)控制继电器线圈“RLY1、RLY2”控制电路结构图；
图5为本发明的电源模块提供“+12V”及“+5V”的电路图；
图6为本发明的电源模块提供“—12V”的电路图；
图7为本发明中供电部分流程框图；
图8为本发明控制充电部分流程框图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
如图1-8所示，一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构，其特征在于，包括继电器、电源模块、交流过零检测电路以及单片机(MCU)，所述电源模块、所述继电器以及所述单片机(MCU)依次连接，所述交流过零检测电路分别与所述电源模块以及所述继电器连接；
所述继电器用于控制交流充电桩与车辆充电接口的断开及闭合；因涉及到继电器的动作时间，需对继电器的动作时间进行统计计算，若采用继电器在统计中每次动作时间变化较小，可以满足使用并计算出延迟时间。
所述电源模块用于提供单片机中MCU控制器及所述继电器等相关电路元器件所需电压；所述交流过零检测电路用于将交流电源输入的交流电压的每个周期的零点转换为电平信号，本发明提供了两个交流过零检测电路具体实施例；
所述单片机(MCU)用于根据所述电平信号和预先存储的继电器延迟时间设置所述继电器的开启时刻，将检测到的电压过零点脉冲信号连接到单片机的上升沿/下降沿的中断EXTI__Interrupt0引脚。启动单片机前使用EXTI__Interrupt0中断，当中断发生时表明过零点的来临，由此可以计算到此后的过零点达到时间。若已知继电器的动作时间(继电器控制信号发出到继电器触头吸合或断开所用的时间)，便可以利用单片机计算出继电器控制信号发出的时间，以保证继电器在电压过零点吸合。
实施例一：
所述交流过零检测电路包括放大器U1-A，
交流侧N分别与电阻R3一端、电阻R11一端以及放电线圈FDG2连接，电阻R11另一端依次经过电阻R12、电阻R13以及电阻R14分别与所述放大器U1-A的正输入端、电阻R15一端以及电容C2一端，所述电阻R15另一端与所述电容C2另一端接地端，
交流侧L分别与电阻R1一端以及电阻R4一端连接，所述电阻R4另一端依次经过电阻R5、电阻R6以及电阻R7分别与所述放大器U1-A的负输入端、电阻R8一端、电阻R9一端以及电容C3一端连接，所述电阻R8另一端与所述电容C3另一端接地端，所述电阻R1另一端经过电阻R2与所述电阻R3另一端连接；
所述放大器U1-A输出端分别与所述电阻R9另一端、整流二极管D1的阴极、稳压管Z2一端、电阻R23一端以及电阻R24一端连接，电阻R24另一端分别与电容C5一端、二极管D5的第3引脚以及电平信号输出端AC-ZERO1连接，
放大器U1-A的第4引脚分别与电容C1一端以及电阻R10一端连接，电容C1另一端接地端，电阻R10另一端与负向电源端连接，
放大器U1-A的第8引脚分别与电阻R16一端以及电容C4、一端连接，电容C4另一端分别与所述整流二极管D1阳极、稳压管Z2第1引脚以及第2引脚、电容C5另一端以及二极管D5另一端接地端，所述电阻R16另一端与正向电源端连接。
所述正向电源的电压为12V,所述负向电源的电压为-12V。
实施例二：
所述交流过零检测电路包括光耦OT1，交流侧L依次经过电阻R17以及电阻R18与二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极分别与二极管D3的阴极以及所述光耦OT1的输入端正极连接，
交流侧N依次经过电阻R19以及电阻R20分别与所述二极管D3的阳极以及所述光耦OT1的输入端负极连接，
所述光耦OT1输出端正极分别与电阻R21一端以及电阻R22一端连接，所述电阻R21另一端与接线端VDD连接，
所述光耦OT1输出端负极分别与电容C6一端以及二极管D4第1引脚连接，所述二极管D4第2引脚与所述接线端VDD连接，所述电阻R22另一端分别与所述电容C6另一端、所述二极管D4第3引脚以及电平信号输出端AC-ZER02连接。
本发明基于上述所说的的基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构的控制方法的步骤包括：
(1)、开始；
(2)、用户确认交流充电桩；
a、交流过零点检测电路信号输出；
b、单片机(MCU)根据步骤a中的信号输出计算出“零点+时间偏值(t)”时间点；
(3)、开始充电并自检通过后，单片机(MCU)监控时间达到“零点+时间偏值(t)”时间点；
(4)、控制继电器闭合开启充电；
(5)、充电中；
(6)、判断是否需要结束充电，如果是，则进行步骤(7)，如果否，则进行步骤(6)；
(7)、达到充电结束条件，单片机(MCU)监控时间达到“零点+时间偏值(t)”时间点；
(8)、控制继电器断开并结束充电。
本发明成本低廉，易于实现，利用过零检测电路检测出交流电压过零点，再通过软件控制继电器动作，保证继电器触点在交流电压零点附近吸合及零点断开，以尽可能减少触点拉弧，从而起到保护继电器触点的目的，延长继电器的寿命。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构，其特征在于，包括继电器、电源模块、交流过零检测电路以及单片机，所述电源模块、所述继电器以及所述单片机依次连接，所述交流过零检测电路分别与所述电源模块以及所述继电器连接；
所述继电器用于控制交流充电桩与车辆充电接口的断开及闭合；
所述电源模块用于提供单片机的控制器及所述继电器所需电压；
所述交流过零检测电路用于将交流电源输入的交流电压的每个周期的零点转换为电平信号；
所述单片机用于根据所述电平信号和预先存储的继电器延迟时间设置所述继电器的开启时刻，
所述交流过零检测电路包括放大器U1-A，
交流侧N分别与电阻R3一端、电阻R11一端以及放电线圈FDG2连接，电阻R11另一端依次经过电阻R12、电阻R13以及电阻R14分别与所述放大器U1-A的正输入端、电阻R15一端以及电容C2一端，所述电阻R15另一端与所述电容C2另一端接地端，
交流侧L分别与电阻R1一端以及电阻R4一端连接，所述电阻R4另一端依次经过电阻R5、电阻R6以及电阻R7分别与所述放大器U1-A的负输入端、电阻R8一端、电阻R9一端以及电容C3一端连接，所述电阻R8另一端与所述电容C3另一端接地端，所述电阻R1另一端经过电阻R2与所述电阻R3另一端连接，
所述放大器U1-A输出端分别与所述电阻R9另一端、整流二极管D1的阴极、稳压管Z2一端、电阻R23一端以及电阻R24一端连接，电阻R24另一端分别与电容C5一端、二极管D5的第3引脚以及电平信号输出端AC-ZERO1连接，
放大器U1-A的第4引脚分别与电容C1一端以及电阻R10一端连接，电容C1另一端接地端，电阻R10另一端与负向电源端连接，
放大器U1-A的第8引脚分别与电阻R16一端以及电容C4、一端连接，电容C4另一端分别与所述整流二极管D1阳极、稳压管Z2第1引脚以及第2引脚、电容C5另一端以及二极管D5另一端接地端，所述电阻R16另一端与正向电源端连接。
2.根据权利要求1所述的基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构，其特征在于，所述正向电源的电压为12V,所述负向电源的电压为-12V。
3.根据权利要求1所述的基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构，其特征在于，所述交流过零检测电路包括光耦OT1，
交流侧L依次经过电阻R17以及电阻R18与二极管D2的阳极连接，所述二极管D2的阴极分别与二极管D3的阴极以及所述光耦OT1的输入端正极连接，
交流侧N依次经过电阻R19以及电阻R20分别与所述二极管D3的阳极以及所述光耦OT1的输入端负极连接，
所述光耦OT1输出端正极分别与电阻R21一端以及电阻R22一端连接，所述电阻R21另一端与接线端VDD连接，
所述光耦OT1输出端负极分别与电容C6一端以及二极管D4第1引脚连接，所述二极管D4第2引脚与所述接线端VDD连接，所述电阻R22另一端分别与所述电容C6另一端、所述二极管D4第3引脚以及电平信号输出端AC-ZER02连接。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、开始；
(2)、用户确认交流充电桩；
a、交流过零点检测电路信号输出；
b、单片机根据步骤a中的信号输出计算出“零点+时间偏值(t)”时间点；
(3)、开始充电并自检通过后，单片机监控时间达到“零点+时间偏值(t)”时间点；
(4)、控制继电器闭合开启充电；
(5)、充电中；
(6)、判断是否需要结束充电，如果是，则进行步骤(7)，如果否，则进行步骤(6)；
(7)、达到充电结束条件，单片机监控时间达到“零点+时间偏值(t)”时间点；
(8)、控制继电器断开并结束充电。
5.根据权利要求4所述的基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构的控制方法，其特征在于，在步骤(4)中，当交流过零检测电路在交流过零点时，单片机控制瞬间吸合继电器。
6.根据权利要求4所述的基于继电器零点开启控制的交流充电桩的结构的控制方法，其特征在于，在步骤(8)中，当充电结束时，交流过零检测电路在交流过零点时，单片机控制瞬间断开继电器。
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