CN111796207A - 一种交流桩输出端检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电桩技术领域，具体涉及一种交流桩输出端检测电路，包括直流电源、采样放大单元、参考电压单元和电压比较单元，所述交流桩输出端包括第一输出端口和第二输出端口，所述直流电源的正极和负极分别连接所述第一输出端口和第二输出端口，所述采样放大单元用于获取所述第一输出端口和第二输出端口的电压，并输出检测电压，所述参考电压单元用于生成参考电压，所述电压比较单元用于获取所述检测电压和所述参考电压，并输出反馈信号给控制器。本发明提供的一种交流桩输出端检测电路，可在交流桩启动充电前，检测其输出端的短路状态，满足新国标的要求，同时可在充电结束后对交流桩充电主回路中的继电器进行触点粘连检测。

Description

一种交流桩输出端检测电路及检测方法

技术领域

本发明涉及充电桩技术领域，具体涉及一种交流桩输出端检测电路及检测方法。

背景技术

交流充电桩，简称交流桩，固定安装在电动汽车外，其输入端和交流电网相连，输出端连接车载充电机给电动汽车进行充电。

目前交流桩新国标要求增加输出短路保护预判功能，即交流桩启动充电前，需要检测输出端是否短路，如果处于短路状态，则不启动充电，并报警；同时，要求有继电器粘连检测和报警功能，即如果在充电结束后输出端还有220V的输出则发出继电器触点粘连报警。目前交流桩只有继电器粘连检测报警功能，基本没有输出短路保护预判功能。

发明内容

本发明为解决现有技术中交流桩不具备输出短路保护预判功能的技术问题，提供一种交流桩输出端检测电路，应用该电路，可在交流桩启动充电前，检测输出端的短路状态。

本发明采用的技术方案：

一种交流桩输出端检测电路，所述交流桩输出端包括第一输出端口和第二输出端口，其特征在于，包括：

直流电源，所述直流电源的正极和负极分别连接所述第一输出端口和第二输出端口；

采样放大单元，所述采样放大单元用于获取所述第一输出端口和第二输出端口的电压，并输出检测电压；

参考电压单元，所述参考电压单元用于生成参考电压；

电压比较单元，所述电压比较单元用于获取所述检测电压和所述参考电压，并输出反馈信号给控制器。

进一步地，所述检测电路还包括电源电路，所述电源电路用于生成所述直流电源。

进一步地，所述电源电路包括DC/DC变换器和主电源，所述DC/DC变换器的输入端连接所述主电源，所述DC/DC变换器的输出端生成所述直流电源。

进一步地，所述检测电路还包括继电器K1，所述继电器K1为双触点继电器，连接在所述直流电源和所述交流桩输出端之间，所述继电器K1由所述控制器控制闭合和断开。

进一步地，所述检测电路还包括继电器K2，所述继电器K2为双触点继电器，设置在所述交流桩输出端和交流桩内部的断路器之间，充电结束后所述检测电路对继电器K2进行粘连检测。

进一步地，所述采样放大单元包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的同向输入端经电阻R5连接所述第一输出端口，同时，所述运算放大器U1的同向输入端经过电阻R7连接所述直流电源的负极；

所述运算放大器U1的反向输入端经电阻R6连接所述第二输出端口，所述运算放大器U1的反向输入端经过电阻R8连接所述运算放大器U1的输出端。

进一步地，所述采样放大单元还包括保护模块，所述保护模块包括二极管D2和二极管D3，所述二极管D2的阳极连接所述二极管D3的阴极，所述二极管D2的阴极连接所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阳极连接所述运算放大器U1的同向输入端，所述二极管D3的阴极连接所述运算放大器U1的反向输入端。

进一步地，所述参考电压单元包括电阻R9和电阻R10，所述电阻R9的第一端连接所述直流电源的正极，所述电阻R9的第二端经所述电阻R10连接所述直流电源的负极，所述电阻R9第二端的电压即为所述参考电压。

进一步地，所述电压比较单元包括运算放大器U2，所述运算放大器U2的同相输入端输入所述参考电压，所述运算放大器U2的反相输入端连接所述运算放大器U1的输出端，所述运算放大器U2的输出端输出比较电压。

进一步地，所述检测电路还包括输出隔离电路，所述输出隔离电路用于隔离所述电压比较单元和所述控制器，并输出所述反馈信号给所述控制器。

优选地，所述输出隔离电路包括光电耦合器U3，所述光电耦合器U3的输入端连接所述电压比较单元的输出端，所述光电耦合器U3的输出端输出所述反馈信号给所述控制器。

本发明的另一方面，提供一种交流桩输出端检测方法，可以在交流桩启动充电前检测交流桩输出端的短路状态,本发明的交流桩输出端检测方法包括：

S1：将交流桩输出端的第一输出端口和第二输出端口分别连接直流电源的正极和负极；

S2：采集所述第一输出端口和第二输出端口的电压，计算并放大两者的电压差得到检测电压；

S3：将所述检测电压和参考电压比较，并输出反馈信号给控制器，所述控制器根据所述反馈信号判断所述输出端是否短路。

本发明的有益效果：

(1)本发明的检测电路在交流桩输出端施加直流电源，并通过采样放大单元采集和放大交流桩输出端的电压，再将得到的检测电压和参考电压比较后输出反馈信号，控制器根据接收到的反馈信号判断交流桩输出端的短路状态，满足新国标的要求，同时，本发明的检测电路逻辑清晰、诊断速度快，可及时准确的判断短路的发生，控制器控制交流桩不进行充电并同时进行报警，有效地保护了交流桩；

(2)本发明的检测电路不仅可以在充电前检测交流桩输出端的短路状态，而且可以在充电结束后检测继电器K2是否发生触点粘连；

(3)本发明的DC/DC变换器为隔离式DC/DC变换器，将主电源和直流电源电气隔离，隔离后的直流电源和主电源不共地，提高了直流电源的安全性和抗干扰能力；

(4)本发明的采样放大单元设置有保护模块，将运算放大器U1的同相输入端和反向输入端的电压差限制在0.7V，可保护运算放大器U1，防止上述电压差过大，导致运算放大器U1被击穿；

(5)本发明在运算放大器U2的同相输入端和输出端之间设置电阻R13，使得整个电压比较单元构成一个滞回比较器，抗干扰能力强；

(6)本发明的交流桩输出端检测电路，适用于各种车型的电动汽车，只需设置比较电压V_R，使得V1＞V_R＞0即可。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一的电路原理示意图；

图2为本发明实施例一的电路结构示意图；

图3为本发明实施例一的电源电路的电路结构示意图；

图4为本发明实施例二的电路结构示意图；

图5为本发明实施例三的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

实施例一：

如图2所示，本实施例的交流桩输出端包括第一输出端口和第二输出端口，第一输出端口为L端口，第二输出端口为N端口，将L端口和N端口与电动汽车上的车载充电机连接后，交流桩通过L端口和N端口给电动汽车充电。

在给电动汽车充电之前，L端口和N端口没有交流电输出，本实施例可对交流桩输出端进行短路检测，即检测L端口和N端口是否短接，如图1-3所示，本实施例的交流桩输出端检测电路包括直流电源、采样放大单元、参考电压单元和电压比较单元，其中，直流电源的正极和负极分别连接L端口和N端口；采样放大单元可获取L端口和N端口的电压，并将两者的电压差放大，输出检测电压，参考电压单元用于生成参考电压，电压比较单元获取并比较上述检测电压和参考电压，然后输出反馈信号给控制器，控制器根据反馈信号判断L端口和N端口是否短接。

如图3所示，本实施例的直流电源由电源电路生成，电源电路包括正极为12Vin、负极为GND的主电源和DC/DC变换器，主电源经过DC/DC变换器隔离后得到正极为12V+、负极为GND_OUT的直流电源，具体地，DC/DC变换器的两个输入端分别连接主电源的正极和接地端，DC/DC变换器的两个输出端分别输出12V+和GND_OUT，形成直流电源，本实施例的DC/DC变换器为隔离式DC/DC变换器，将主电源和直流电源电气隔离，可见隔离后得到的直流电源和主电源不共地，提高了直流电源的安全性和抗干扰能力。

进一步地，在DC/DC变换器的两个输入端之间还连接有滤波电容C1和滤波电容C2，滤波电容C1和滤波电容C2两者并联可提高滤波效果，同样在DC/DC变换器的两个输出端之间也连接有滤波电容C3，可降低交变脉动波纹对电源电路的干扰，使得输出的直流电更加稳定平滑。

如图2所示，本实施例的交流桩输出端检测电路还包括继电器K1，继电器K1连接在直流电源和交流桩输出端之间，且由控制器控制闭合和断开，具体地，继电器K1为双触点继电器，可同时控制直流电源的正极和L端口、负极和N端口的通断，同时，继电器K1的线圈一端和主电源的正极12Vin相连，另一端和控制器相连，这样控制器便可控制继电器K1线圈的通断，从而控制直流电源和交流桩输出端的通断。

进一步地，本实施例的采样放大单元包括运算放大器U1，运算放大器U1由直流电源供电，同时运算放大器U1采集L端口和N端口的电压，并输出检测电压，具体地，参见图2，运算放大器U1的同向输入端经电阻R5、限流电阻R3和限流电阻R1连接直流电源的正极12V+，同时，运算放大器U1的同向输入端经过电阻R7连接直流电源的负极GND_OUT；而运算放大器U1的反向输入端经电阻R6、限流电阻R4和限流电阻R2连接直流电源的负极GND_OUT，运算放大器U1的反向输入端经过电阻R8连接运算放大器U1的输出端；其中，限流电阻R3和限流电阻R4用于限制输入运算放大器U1的电流，限流电阻R1和限流电阻R2用于防止交流桩输出端交流电倒灌到直流电源时，电流过大对直流电源冲击造成损坏，当然在给电动汽车充电时，控制器可直接控制继电器K1断开，防止发生倒灌现象。

进一步地，限流电阻R1和直流电源的正极12V+之间还设有二极管D1，二极管D1的阳极连接直流电源的正极12V+，二极管D1的阴极连接限流电阻R1，可防止此处直流电源的正极和负极反接，而造成检测结果和实际短路情况不相符。

进一步地，采样放大单元还包括保护模块，保护模块包括二极管D2和二极管D3，二极管D2的阳极连接二极管D3的阴极，二极管D2的阴极连接二极管D3的阳极，同时，二极管D3的阳极连接运算放大器U1的同向输入端，二极管D3的阴极连接运算放大器U1的反向输入端，这样将运算放大器U1的同相输入端和反向输入端的电压差限制在0.7V，可保护运算放大器U1，防止上述电压差过大导致运算放大器U1被击穿。

如图2所示，本实施例的参考电压单元包括电阻R9和电阻R10，电阻R9的第一端连接直流电源的正极12V+，电阻R9的第二端经电阻R10连接直流电源的负极GND_OUT，其中，电阻R9第二端的电压即为参考电压，可计算出参考电压

如图2所示，本实施例的电压比较单元包括运算放大器U2，用于获取并比较上述检测电压和参考电压，然后输出反馈信号给控制器,具体地，运算放大器U2的同相输入端经限流电阻R11连接电阻R9的第二端，运算放大器U2的反相输入端经限流电阻R12连接运算放大器U1的输出端，运算放大器U2的输出端输出比较电压，这样便构成一个单限比较器，当检测电压小于参考电压时，比较电压为高电平，当检测电压大于参考电压时，比较电压为低电平。

进一步地，由于在单限比较器中，当输入运算放大器U2的检测电压上下波动时，比较电压会在高低电平之间反复跳变，本实施例在运算放大器U2的同相输入端和输出端之间设置电阻R13，使得整个电压比较单元构成一个滞回比较器，抗干扰能力强。

进一步地，本实施例还包括输出隔离电路，输出隔离电路用于隔离电压比较单元和控制器，并输出反馈信号给控制器，具体地，输出隔离电路包括光电耦合器U3，光电耦合器U3的输入端经限流电阻R14连接电压比较单元的输出端，光电耦合器U3的输出端输出反馈信号给控制器。

光电耦合器是一种以光为主要媒介的光电转换元件，能够实现由光到电、再由电到光的转化，能够起到很好的隔离作用。如图2所示，光电耦合器U3内包含有发光二极管和光敏三极管，当电压比较单元的输出端为高电平时，发光二极管导通，光敏三极管接收到光信号后也导通，输出的反馈信号为低电平，而当电压比较单元的输出端为低电平时，发光二极管截止，光敏三极管也关断，反馈信号悬空。

本实施例的工作原理：

(1)正常状态，由于车辆内部设有接触器，充电前L端口和N端口断开，假设运算放大器U1的同相输入端电压为V1₊，反相输入端电压为V1_-，输出端电压即检测电压为V1，则由运算放大器U1的虚断可知：

而由运算放大器U1的虚短可知：

V1_-＝V1₊

由以上三个公式可得：

优选地，R1＝R2，R3＝R4，R5＝R6，R7＝R8，则：

计算得出输出端断路状态下的运算放大器U1的输出端电压V1。

(2)短路状态，即充电前L端口和N端口短路时，假设运算放大器U1的同相输入端电压为V1₊’，反相输入端电压为V1_-’，输出端电压为V1’，图2中A点电压为V_A，B点电压为V_B，则可得：

V_A＝V_B＝6V

由V1_-’＝V1₊’，可知：

优选地，R1＝R2，R3＝R4，R5＝R6，R7＝R8，则：

计算得出输出端短路状态下运算放大器U1的输出端电压V1’＝0。

显然V1＞V1’，只需设置V1＞V_R＞0，即可根据反馈信号判断输出端的短路状态，具体地，在正常状态下，检测电压为V1，由于V1＞V_R，则运算放大器U2的输出端输出的比较电压为低电平，经过光电耦合器U3后输出悬空；而在输出端短路状态下，检测电压V1’＝0，由于V1’＜V_R，则运算放大器U2的输出端输出的比较电压为高电平，经过光电耦合器U3后输出低电平。因此，当控制器检测到输入悬空时，判定交流桩输出端正常；而当控制器检测到输入为低电平时，判定交流桩输出端短路，不发出开始充电的信号并同时发出报警信号控制报警器报警。

需要说明的是，当车辆内部无接触器时，在正常状态下，车辆端即交流桩的输出端会有一定的阻值，且不同的车型阻值不同，只需调节电阻R9或R10，始终保证V1＞V_R＞0即可。本实施例的交流桩输出端检测电路，通过设置比较电压V_R，使得V1＞V_R＞0，可适用于各种不同的车型。

由上述内容可知，本实施例提供的一种交流桩输出端检测电路，可在交流桩启动充电前，检测输出端的短路状态，满足新国标的要求，同时本发明的检测电路逻辑清晰、诊断速度快，可及时准确的判断短路的发生，不进行充电并同时进行报警，有效地保护了交流桩。

实施例二：

如图4所示，本实施例的检测电路包括实施例一的交流桩输出端检测电路，同时还包括继电器K2，继电器K2为双触点继电器，设置在交流桩充电主回路中，具体设置在交流桩输出端和交流桩内部的断路器之间，本实施例可在充电结束后对继电器K2进行粘连检测，具体地，在充电结束后，如果继电器K2发生触点粘连，那么L端口和N端口仍有220V交流电输出，最终反馈信号为方波；而如果继电器K2正常断开，那么最终反馈信号悬空。因此，检测输入控制器的反馈信号的波形，即可判断继电器K2是否发生触点粘连，即如果控制器接收到50HZ的方波，则可判断继电器K2触点粘连；而如果控制器检测到反馈信号悬空，则可判断继电器K2的触点均已经断开。

需要说明的是，本实施例的继电器K2也可和实施例一中的继电器K1一样由控制器控制通断，在对交流桩输出端进行短路检测时，如果检测发现输出端短路，控制器控制继电器K2一直断开，交流桩便无法进行充电。

由上述内容可知，本实施例的检测电路不仅可以在充电前检测交流桩输出端的短路状态，而且可以在充电结束后检测继电器K2是否发生触点粘连。

实施例三：

本实施例提供一种交流桩输出端检测方法，可在交流桩启动充电前检测输出端的短路状态，本实施例的交流桩输出端包括第一输出端口和第二输出端口，如图5所示，本实施例的短路检测方法的步骤包括：

S1：将第一输出端口和第二输出端口分别连接直流电源的正极和负极；

S2：采集第一输出端口和第二输出端口的电压，计算并放大两者的电压差得到检测电压；

S3：将检测电压和参考电压比较，并输出反馈信号给控制器，控制器根据接收到的反馈信号判断交流桩输出端是否短路。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的电路、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (12)

1.一种交流桩输出端检测电路，所述交流桩输出端包括第一输出端口和第二输出端口，其特征在于，所述检测电路包括：

直流电源，所述直流电源的正极和负极分别连接所述第一输出端口和第二输出端口；

采样放大单元，所述采样放大单元用于获取所述第一输出端口和第二输出端口的电压，并输出检测电压；

参考电压单元，所述参考电压单元用于生成参考电压；

电压比较单元，所述电压比较单元用于获取所述检测电压和所述参考电压，并输出反馈信号给控制器。

2.根据权利要求1所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括电源电路，所述电源电路用于生成所述直流电源。

3.根据权利要求2所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述电源电路包括DC/DC变换器和主电源，所述DC/DC变换器的输入端连接所述主电源，所述DC/DC变换器的输出端生成所述直流电源。

4.根据权利要求1所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括继电器K1，所述继电器K1为双触点继电器，连接在所述直流电源和所述交流桩输出端之间，所述继电器K1由所述控制器控制闭合和断开。

5.根据权利要求1所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括继电器K2，所述继电器K2为双触点继电器，设置在所述交流桩输出端和交流桩内部的断路器之间，充电结束后所述检测电路对继电器K2进行粘连检测。

6.根据权利要求1所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述采样放大单元包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的同向输入端经电阻R5连接所述第一输出端口，同时，所述运算放大器U1的同向输入端经过电阻R7连接所述直流电源的负极；

所述运算放大器U1的反向输入端经电阻R6连接所述第二输出端口，所述运算放大器U1的反向输入端经过电阻R8连接所述运算放大器U1的输出端。

7.根据权利要求6所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述采样放大单元还包括保护模块，所述保护模块包括二极管D2和二极管D3，所述二极管D2的阳极连接所述二极管D3的阴极，所述二极管D2的阴极连接所述二极管D3的阳极，所述二极管D3的阳极连接所述运算放大器U1的同向输入端，所述二极管D3的阴极连接所述运算放大器U1的反向输入端。

8.根据权利要求1所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述参考电压单元包括电阻R9和电阻R10，所述电阻R9的第一端连接所述直流电源的正极，所述电阻R9的第二端经所述电阻R10连接所述直流电源的负极，所述电阻R9第二端的电压即为所述参考电压。

9.根据权利要求6所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述电压比较单元包括运算放大器U2，所述运算放大器U2的同相输入端输入所述参考电压，所述运算放大器U2的反相输入端连接所述运算放大器U1的输出端，所述运算放大器U2的输出端输出比较电压。

10.根据权利要求1所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述检测电路还包括输出隔离电路，所述输出隔离电路用于隔离所述电压比较单元和所述控制器，并输出所述反馈信号给所述控制器。

11.根据权利要求10所述的一种交流桩输出端检测电路，其特征在于，所述输出隔离电路包括光电耦合器U3，所述光电耦合器U3的输入端连接所述电压比较单元的输出端，所述光电耦合器U3的输出端输出所述反馈信号给所述控制器。

12.一种交流桩输出端检测方法，所述交流桩输出端包括第一输出端口和第二输出端口，其特征在于，所述检测方法的步骤包括：

S1：将所述第一输出端口和所述第二输出端口分别连接直流电源的正极和负极；

S2：采集所述第一输出端口和第二输出端口的电压，计算并放大两者的电压差得到检测电压；

S3：将所述检测电压和参考电压比较，并输出反馈信号给控制器，所述控制器根据所述反馈信号判断所述输出端是否短路。

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