CN110176747A - 一种用于充电桩的监测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于充电桩的监测电路，包含单相电力线源，所述单相电力线源包含火线、零线和地线，还包含微处理器、用于检测火线和零线电流是否平衡的漏电保护电路以及用于监测接地是否良好和火线零线是否接好的监测电路，所述监测电路和漏电保护电路分别与微处理器连接。通过在充电桩的保护电路上加上用于检测火线和零线电流是否平衡的漏电保护电路和用于监测接地是否良好的接地监测电路，可以实时对充电桩的漏电、用电情况进行监测，一旦发生设备接地不良、外壳漏电、火线零线接反等情况，可以及时断电，避免人员使用带电设备充电触电，受到伤害。

Description

一种用于充电桩的监测电路
技术领域
本发明涉及充电桩领域，具体涉及一种用于充电桩的监测电路。
背景技术
目前随着电动汽车越来越多，为了满足电动汽车运行过程中充电的需要，充电桩得到了极为广泛的应用，交流充电桩是给新能源汽车提供交流电的供电设备，对于人和车可以直接接触的设备，安全是非常重要的，充电枪与电动汽车的充电座相连接给车载充电机供电，车载充电机给动力电池充电，但在实际使用中发现，当前的充电桩设备虽然配备了大量的安全防护措施，但这些安全防护措施往往属于被动防护，因此无法主动的对充电桩设备自身运行过程中存在的漏电隐患和操作人员误操作时而引发的触电事故进行有效的防范，导致当前充电桩的使用安全性相对不足，一旦发生设备接地不良、火线零线接反、外壳漏电等情况，充电系统中无法检测到，就不能断开充电体系回路，充电人员容易触电，危机人身安全；针对这一问题，迫切需要对当前所使用的充电桩进行优化，以满足保证充电的安全。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种用于充电桩的监测电路，其目的在于解决设备接地不良、外壳漏电的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于充电桩的监测电路，包含单相电力线源，所述单相电力线源包含火线、零线和地线，还包含微处理器、用于检测火线和零线电流是否平衡的漏电保护电路以及用于监测接地是否良好和火线零线是否接好的监测电路，所述监测电路和漏电保护电路分别与微处理器连接。
进一步的，所述漏电保护电路包含控制芯片U1，所述控制芯片U1包含电流采样模块、电压采样模块、模拟数据转换模块、数字信号处理模块、时钟电路、信号复位模块、电压参考端和数据传输模块，电流采样模块和电压采样模块经模拟数据转换模块与数字信号处理模块连接，数字信号处理模块还与数据传输模块和时钟电路连接，模拟数据转换模块还与参考电压端连接，参考电压端经并联电容C3和电容C4后接地；其中，所述电流采样模块用于采集火线输入电流和零线输入电流，所述电压采样模块用于采集电压，数据传输模块与微处理器通信连接。
进一步的，所述时钟电路外接有晶振电路,所述晶振电路包括晶振器Y1、电容C1和电容C2；所述电容C1的一端分别与晶振器Y1的一端和控制芯片U1连接，所述电容C1的另一端与电容C2的一端相连接地；所述电容C2的另一端分别与晶振器Y1的另一端和控制芯片U1连接。
进一步的，所述控制芯片U1采用外接5V正电源供电。
进一步的，所述监测电路包含二极管桥式整流电路B1和二极管桥式整流电路B2以及分别与二极管桥式整流电路B1和二极管桥式整流电路B2一一对应连接的两个电阻分压电路和两个光耦隔离电路，两个电阻分压电路分别为结构相同的第一电阻分压电路和第二电阻分压电路，两个光耦隔离电路分别为为结构相同的第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路；所述二极管桥式整流电路B1的正极与火线连接，二极管桥式整流电路B1的负极与二极管桥式整流电路B2的正极相连后接地，二极管桥式整流电路B2的负极与零线连接；二极管桥式整流电路B1与二极管桥式整流电路B2的交流输出端其中一端分别与对应的第一光耦隔离电路连接，另一端分别经对应的第一电阻分压电路后与第一光耦隔离电路的输入端连接，第一光耦隔离电路的输出端与微处理器连接。
进一步的，所述第一电阻分压电路包含依次串联的五个电阻，电阻串联后一端与对应的二极管桥式整流电路的交流输出端连接，另一端与对应的光耦隔离电路连接。
进一步的，所述第一光耦隔离电路包含光耦、电容C5、电容C6、电阻R1和电阻R2，所述光耦包含发光二极管D1、三极管T1，二极管D1的阳极与电阻分压电路连接，二极管D1的阴极与对应的二极管桥式整流电路的交流输出端连接，二极管D1的阳极与电阻分压电路的连接端和二极管D1的阴极与交流输出端的连接端之间并联有电容C5，三极管T1的发射极接至参考地端，三极管T1的发射极还经电容C6和三极管T1的集电极连接，其连接端一端经电阻R2接至对应的输出端，所述输出端与微处理器连接，另一端经电阻R1接至VDD供电端。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
通过在充电桩的保护电路上加上用于检测火线和零线电流是否平衡的漏电保护电路和用于监测接地是否良好的监测电路，可以实时对充电桩的漏电、用电情况进行监测，一旦发生设备接地不良、外壳漏电、火线零线接反等情况，可以及时断电，避免充电过程中发生触电事故，受到伤害。
附图说明
图1为本发明漏电保护电路图，
图2为本发明控制芯片U1示意图，
图3为本发明监测电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明提出了一种用于充电桩的监测电路，包含单相电力线源，所述单相电力线源包含火线、零线和地线，还包含微处理器、用于检测火线和零线电流是否平衡的漏电保护电路以及用于监测接地是否良好和火线零线是否接好的监测电路，所述监测电路和漏电保护电路分别与微处理器连接。通过对充电桩的保护电路上改进，可以实时对充电桩的漏电情况进行监测，一旦发生设备接地不良、外壳漏电、火线零线接反等情况，可以及时断电，避免充电过程中发生触电事故，受到伤害。
所述漏电保护电路包含控制芯片U1，所述控制芯片U1采用型号为BL6523GX的单相多功能电子电能计量芯片，如图2所示，所述控制芯片U1包含电流采样模块、电压采样模块、模拟数据转换模块、数字信号处理模块、时钟电路、信号复位模块、电压参考端和数据传输模块，电流采样模块和电压采样模块经模拟数据转换模块与数字信号处理模块连接，数字信号处理模块还与数据传输模块和时钟电路连接，模拟数据转换模块还与参考电压端连接，参考电压端经并联电容C3和电容C4后接地；其中，所述电流采样模块用于采集火线输入电流和零线输入电流，所述电压采样模块用于采集电压，数据传输模块与微处理器通信连接，用于漏电时传递信号给微处理器，微处理器控制单片机断开充电桩的继电器以切断电源输入。
所述时钟电路外接有晶振电路,所述晶振电路包括晶振器Y1、电容C1和电容C2；所述电容C1的一端分别与晶振器Y1的一端和控制芯片U1连接，所述电容C1的另一端与电容C2的一端相连接地；所述电容C2的另一端分别与晶振器Y1的另一端和控制芯片U1连接。
所述控制芯片U1采用外接5V正电源供电。
BL6523GX控制芯片可以根据设置的阈值，检测火线和零线电流是否不平衡，如果不平衡说明发生漏电，单片机会断开继电器。可以对不平衡比较阈值进行设置。控制芯片U1的工作模式寄存器(MODE)的MODE[11：10]可以被用户写入，默认为2’b00，表示不平衡的判断阈值为12.5％，当火线和零线的采样电流的有效值的差值或两相功率差值超过设定的阈值时，输出错误用电指示信号FAULT；如果控制芯片U1的中断屏蔽寄存器(MASK)中相应的FAULT使能位置为逻辑1，则/IRQ逻辑输出变为有效低电平；当MODE[11:10]＝2’b11时，表示阈值＝10.1％；MODE[11:10]＝2’b10时，表示阈值＝3.125％；MODE[11:10]＝2’b01时，表示阈值＝6.25％；MODE[11:10]＝2’b00时，表示阈值＝12.5％；通过改进充电桩的保护电路，相对于普通充电桩，可以检测到设备外壳漏电等故障，并及时断电，避免充电过程中发生触电事故，造成人身伤害。
如图3所示，所述监测电路包含二极管桥式整流电路B1和二极管桥式整流电路B2以及分别与二极管桥式整流电路B1和二极管桥式整流电路B2一一对应连接的两个电阻分压电路和两个光耦隔离电路，两个电阻分压电路分别为结构相同的第一电阻分压电路和第二电阻分压电路，两个光耦隔离电路分别为结构相同的第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路；所述二极管桥式整流电路B1的正极与火线连接，二极管桥式整流电路B1的负极与二极管桥式整流电路B2的正极相连后接地，二极管桥式整流电路B2的负极与零线连接；二极管桥式整流电路B1与二极管桥式整流电路B2的交流输出端其中一端分别与对应的第一光耦隔离电路连接，另一端分别经对应的第一电阻分压电路后与第一光耦隔离电路的输入端连接，第一光耦隔离电路的输出端与微处理器连接。
如图3所示，所述第一电阻分压电路包含依次串联的五个电阻，电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6和电阻R7串联，串联后电阻R7的一端与对应的二极管桥式整流电路的交流输出端连接，电阻R3的一端与对应的光耦隔离电路连接。
所述第一光耦隔离电路包含光耦、电容C5、电容C6、电阻R1和电阻R2，所述光耦型号为PC817C，所述光耦包含发光二极管D1、三极管T1，二极管D1的阳极与电阻分压电路连接，二极管D1的阴极与对应的二极管桥式整流电路的交流输出端连接，二极管D1的阳极与电阻分压电路的连接端和二极管D1的阴极与交流输出端的连接端之间并联有电容C5，三极管T1的发射极接至参考地端，三极管T1的发射极还经电容C6和三极管T1的集电极连接，其连接端一端经电阻R2接至对应的输出端，所述输出端与微处理器连接，另一端经电阻R1接至VDD供电端。
所述监测电路的接地监测过程为：当接地良好时，AC_L(火线)通过二极管桥式整流电路B1和公共接地端PE连通，220V电压经过电阻分压电路驱动光耦U5工作，G_DET+为低电平；而AC_N(零线)因和公共接地端PE之间无电压差，二极管桥式整流电路B2不导通，光耦U6不工作，G_DET-因上拉电阻为高电平。即接地良好时，G_DET+为低电平，G_DET-为高电平，微处理器采集到G_DET+输出为低电平，G_DET-输出为高电平时，证明接地良好。
当没有接地时，AC_L(火线)经过二极管桥式整流电路B1和二极管桥式整流电路B2与AC_N连通，110V电压经过电阻分压电路驱动光耦U5工作，G_DET+为低电平；110V电压经过电阻分压电路驱动光耦U6工作，G_DET-为低电平。即没有接地时，G_DET+为低电平，G_DET-为低电平；微处理器采集到G_DET+输出为低电平，G_DET-输出为低电平时，证明没有接地，微处理器会传递信号给单片机断开充电桩的继电器以切断电源输入并及时断电，避免发生触电事故。
所述监测电路的火零线接反监测过程为：当接地良好时，且火线接到AC_L，零线接到AC_N时，火线通过二极管桥式整流电路B1和公共接地端PE连通，220V电压经过电阻分压电路驱动光耦U5工作，G_DET+输出为低电平；而AC_N(零线)因和公共接地端PE之间无电压差，二极管桥式整流电路B2不导通，光耦U6不工作，G_DET-因上拉电阻R8输出为高电平；即接地良好，火线接到AC_L，零线接到AC_N,G_DET+输出为低电平，G_DET-输出为高电平。微处理器采集到G_DET+输出为低电平，G_DET-输出为高电平，证明火线零线没有接反。
当接地良好时，且零线接到AC_L，火线接到AC_N时，AC_L(零线)因和公共接地端PE之间无电压差，二极管桥式整流电路B1不导通，光耦U5不工作，G_DET+因上拉电阻R1输出为高电平；而AC_N(火线)通过二极管桥式整流电路B2和公共接地端PE连通，220V电压经过电阻分压电路驱动光耦U6工作，G_DET-输出为低电平；即接地良好，火线接到AC_N，零线接到AC_L,G_DET+输出为高电平，G_DET-输出为低电平。微处理器采集到G_DET+输出为高电平，G_DET-输出为低电平时，证明火线零线接反了，微处理器会传递信号给单片机断开充电桩的继电器以切断电源输入并及时断电，避免发生触电事故。
微处理器CPU的管脚分配情况详见如下的内容描述：
微处理器CPU管脚接口
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种用于充电桩的监测电路，包含单相电力线源，所述单相电力线源包含火线、零线和地线，其特征在于：还包含微处理器、用于检测火线和零线电流是否平衡的漏电保护电路以及用于监测接地是否良好和火线零线是否接好的监测电路，所述监测电路和漏电保护电路分别与微处理器连接。
2.如权利要求1所述的一种用于充电桩的监测电路，其特征在于：所述漏电保护电路包含控制芯片U1，所述控制芯片U1包含电流采样模块、电压采样模块、模拟数据转换模块、数字信号处理模块、时钟电路、信号复位模块、电压参考端和数据传输模块，电流采样模块和电压采样模块经模拟数据转换模块与数字信号处理模块连接，数字信号处理模块还与数据传输模块和时钟电路连接，模拟数据转换模块还与参考电压端连接，参考电压端经并联电容C3和电容C4后接地；其中，所述电流采样模块用于采集火线输入电流和零线输入电流，所述电压采样模块用于采集电压，数据传输模块与微处理器通信连接。
3.如权利要求2所述的一种用于充电桩的监测电路，其特征在于：所述时钟电路外接有晶振电路,所述晶振电路包括晶振器Y1、电容C1和电容C2；所述电容C1的一端分别与晶振器Y1的一端和控制芯片U1连接，所述电容C1的另一端与电容C2的一端相连接地；所述电容C2的另一端分别与晶振器Y1的另一端和控制芯片U1连接。
4.如权利要求2所述的一种用于充电桩的监测电路，其特征在于：所述控制芯片U1采用外接5V正电源供电。
5.如权利要求1所述的一种用于充电桩的监测电路，其特征在于：所述监测电路包含二极管桥式整流电路B1和二极管桥式整流电路B2以及分别与二极管桥式整流电路B1和二极管桥式整流电路B2一一对应连接的两个电阻分压电路和两个光耦隔离电路，两个电阻分压电路分别为结构相同的第一电阻分压电路和第二电阻分压电路，两个光耦隔离电路分别为为结构相同的第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路；所述二极管桥式整流电路B1的正极与火线连接，二极管桥式整流电路B1的负极与二极管桥式整流电路B2的正极相连后接地，二极管桥式整流电路B2的负极与零线连接；二极管桥式整流电路B1与二极管桥式整流电路B2的交流输出端其中一端分别与对应的第一光耦隔离电路连接，另一端分别经对应的第一电阻分压电路后与第一光耦隔离电路的输入端连接，第一光耦隔离电路的输出端与微处理器连接。
6.如权利要求5所述的一种用于充电桩的监测电路，其特征在于：所述第一电阻分压电路包含依次串联的五个电阻，电阻串联后一端与对应的二极管桥式整流电路的交流输出端连接，另一端与对应的光耦隔离电路连接。
7.如权利要求6所述的一种用于充电桩的监测电路，其特征在于：所述第一光耦隔离电路包含光耦、电容C5、电容C6、电阻R1和电阻R2，所述光耦包含发光二极管D1、三极管T1，二极管D1的阳极与电阻分压电路连接，二极管D1的阴极与对应的二极管桥式整流电路的交流输出端连接，二极管D1的阳极与电阻分压电路的连接端和二极管D1的阴极与交流输出端的连接端之间并联有电容C5，三极管T1的发射极接至参考地端，三极管T1的发射极还经电容C6和三极管T1的集电极连接，其连接端一端经电阻R2接至对应的输出端，所述输出端与微处理器连接，另一端经电阻R1接至VDD供电端。
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