CN114019412A - 一种交流充电桩短路检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交流充电桩短路检测装置，包括：MCU模块、输出控制及状态回采模块和检测模块；MCU模块分别与输出控制及状态回采模块和检测模块电连接；输出控制及状态回采模块的输入端与短路检测装置的输入端口连接，其输出端与短路检测装置的输出端口连接；检测模块与短路检测装置的输出端口，获取交流充电桩输出前输出侧的阻抗值，以判断交流充电桩外部是否短路。通过检测模块中的NMOS管特性及检测继电器切换，实现对充电桩输出前输出侧L/N之间阻抗的判断，确定外部是否短路，并且检测继电器与输出控制回路之间通过互锁避免了继电器切换异常等带来的问题。

Description

一种交流充电桩短路检测装置
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别涉及一种交流充电桩短路检测装置。
背景技术
在低碳环保、绿色出行的大环境下，越来越多的家庭选择电动汽车作为代步工具，电动汽车充电的安全性、可靠性成为用户首要考虑的问题。交流充电桩作为个人用户首选的家庭桩，在家庭应用场所用电安全应更加重视，因此交流充电桩输出功率前，判断外部回路是否有短路情况极为重要。
目前交流充电桩还存在如下问题：1、市场需求中对交流充电桩输出前短路检测有要求，但当前市场已有充电桩绝大多数不具备该功能；2、标准要求不够明确，没有提出具体检测要求。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种交流充电桩短路检测装置，通过检测模块中的NMOS管特性及检测继电器切换，实现对充电桩输出前输出侧L/N之间阻抗的判断，确定外部是否短路，并且检测继电器与输出控制回路之间通过互锁避免了继电器切换异常等带来的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种交流充电桩短路检测装置，包括：MCU模块、输出控制及状态回采模块和检测模块；
所述MCU模块分别与所述输出控制及状态回采模块和所述检测模块电连接；
所述输出控制及状态回采模块的输入端与短路检测装置的输入端口连接，其输出端与所述短路检测装置的输出端口连接；
所述检测模块与所述短路检测装置的输出端口，获取交流充电桩输出前输出侧的阻抗值，以判断所述交流充电桩外部是否短路。
进一步地，所述交流充电桩短路检测装置还包括：隔离AC/DC电源模块；
所述隔离AC/DC电源模块的输入端与所述短路检测装置的输入端口连接，其输出端分别与所述MCU模块、所述检测模块和所述输出控制及状态回采模块连接。
进一步地，所述检测模块包括：第一NMOS管、第二三极管、检测继电器和隔离光耦；
所述第一NMOS管的源极接地，其漏级与所述隔离光耦的第二端口连接，其栅极分别与第一电阻的一端和所述检测继电器的第九端口连接；
所述第二三极管的发射极接地，其集电极与所述检测继电器的第六端口连接，其基极通过第五电阻与所述MCU模块连接；
所述检测继电器的第一端口与所述短路检测装置的输出端口连接，其第四端口与继电器状态判断信号端口连接；
所述隔离光耦的第一端口通过第三电阻与第一参考电压源连接，其第三端口接地，其第四端口通过第四电阻与第二参考电压源连接，其第四端口还与所述MCU模块连接；
所述第一电阻的另一端与所述第一参考电压源连接；
第六电阻的两端分别与所述第二三极管的发射极和基极连接；
第二电阻的一端与所述第一NMOS管的源极连接，其另一端与所述短路检测装置的输出端口连接；
第二二极管的正极与所述隔离光耦的第二端口连接，其负极与所述隔离光耦的第一端口连接；
第一二极管的正极与所述检测继电器的第六端口连接，其负极与所述检测继电器的第四端口连接；
所述短路检测装置的输出端口分别与交流充电桩输出端口电阻的两端连接。
进一步地，所述输出控制及状态回采模块包括：输出继电器、第三三极管和第四三极管；
所述输出继电器的第一端口和第二端口分别与所述短路检测装置的输出端口连接，其第三端口与第一参考电压源连接，其第四端口与所述第三三极管的漏级连接，其第五端口与所述第一参考电压源连接，其第六端口通过第十电阻与所述第四三极管的栅极连接，其第七端口和第八端口分别与所述短路检测装置的输入端口连接，所述第六端口还与继电器状态判断信号端口连接；
所述第三三极管的漏级与第三二极管的正极连接，其栅极通过第七电阻与所述MCU模块连接，其源极接地；
所述第四三极管的源极接地，其漏级通过第十一电阻与第二参考电压源连接，其漏级还与所述MCU模块连接；
所述第三二极管的负极与第一参考电压源连接，第八电阻的两端分别与所述第三三极管的源极和栅极连接。
进一步地，所述MCU模块包括：第一接口、第二接口、第三接口和第四接口；
其所述第一接口与其所述第四接口分别与所述检测模块连接，其所述第一接口向所述检测模块提供第一控制信号，其所述第四接口接收所述检测模块的短路状态信号；
其所述第二接口和其所述第三接口分别与所述输出控制及状态回采模块电连接，其所述第二接口向所述输出控制及状态回采模块提供第二控制信号，其所述第三接口接收所述输出控制及状态回采模块的输出继电器状态信号。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过检测模块中的NMOS管特性及检测继电器切换，实现对充电桩输出前输出侧L/N之间阻抗的判断，确定外部是否短路，并且检测继电器与输出控制回路之间通过互锁避免了继电器切换异常等带来的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的交流充电桩短路检测装置原理示意图；
图2是本发明实施例提供的检测模块电路示意图；
图3是本发明实施例提供的输出控制及状态回采模块电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参照图1，本发明实施例提供了一种交流充电桩短路检测装置，包括：MCU模块、输出控制及状态回采模块和检测模块；MCU模块分别与输出控制及状态回采模块和检测模块电连接；输出控制及状态回采模块的输入端与短路检测装置的输入端口连接，其输出端与短路检测装置的输出端口连接；检测模块与短路检测装置的输出端口，获取交流充电桩输出前输出侧的阻抗值，以判断交流充电桩外部是否短路。
进一步地，交流充电桩短路检测装置还包括：隔离AC/DC电源模块；隔离AC/DC电源模块的输入端与短路检测装置的输入端口连接，其输出端分别与MCU模块、检测模块和输出控制及状态回采模块连接。
进一步地，请参照图2，检测模块包括：第一NMOS管Q1、第二三极管Q2、检测继电器U2和隔离光耦U3。
具体的，第一NMOS管Q1的源极接地，其漏级与隔离光耦U3的第二端口连接，其栅极分别与第一电阻R1的一端和检测继电器U2的第九端口连接；第二三极管Q2的发射极接地，其集电极与检测继电器U2的第六端口连接，其基极通过第五电阻R5与MCU模块连接；检测继电器U2的第一端口与短路检测装置的输出端口LOUT和NOUT连接，其第四端口与继电器状态判断信号端口连接；隔离光耦U3的第一端口通过第三电阻R3与第一参考电压源(可选的，其值为12V)连接，其第三端口接地，其第四端口通过第四电阻R4与第二参考电压源(可选的，其值为3.3V)连接，其第四端口还与MCU模块连接；第一电阻R1的另一端与第一参考电压源连接；第六电阻R6的两端分别与第二三极管Q2的发射极和基极连接；第二电阻R2的一端与第一NMOS管Q1的源极连接，其另一端与短路检测装置的输出端口LOUT和NOUT连接；第二二极管Q2的正极与隔离光耦U3的第二端口连接，其负极与隔离光耦U3的第一端口连接；第一二极管D1的正极与检测继电器U2的第六端口连接，其负极与检测继电器U2的第四端口连接；短路检测装置的输出端口LOUT和NOUT分别与交流充电桩输出端口的电阻Rx的两端连接。
具体的，S_DI为继电器状态判断信号，当输出继电器U4动作之前，输出继电器U4的3脚与6脚短接，S_DI为12V；当输出继电器U4动作，3脚与6脚断开，S_DI悬空，为高阻态。状态回采短路可以采集该信号，判断继电器是否依据控制信号动作。
同时为短路检测继电器U2提供电源，S_DI为12V时，短路检测继电器可以动作，S_DI为悬空即高阻态时，短路检测继电器无法动作。此信号用来作为检测继电器与输出继电器互锁的关键信号。其中，动作是指继电器闭合。
进一步地，请参照图3，输出控制及状态回采模块包括：输出继电器U4、第三三极管Q3和第四三极管Q4。
具体的，输出继电器U4的第一端口和第二端口分别与短路检测装置的输出端口LOUT和NOUT连接，其第三端口与第一参考电压源连接，其第四端口与第三三极管Q3的漏级连接，其第五端口与第一参考电压源连接，其第六端口通过第十电阻R10与第四三极管Q4的栅极连接，其第七端口和第八端口分别与短路检测装置的输入端口LIN和NIN连接，第六端口还与继电器状态判断信号端口连接；第三三极管Q3的漏级与第三二极管D3的正极连接，其栅极通过第七电阻R7与MCU模块连接，其源极接地；第四三极管Q4的源极接地，其漏级通过第十一电阻R11与第二参考电压源连接，其漏级还与MCU模块连接；第三二极管D3的负极与第一参考电压源连接，第八电阻R8的两端分别与第三三极管Q3的源极和栅极连接。
此外，MCU模块包括：第一接口IO1、第二接口IO2、第三接口IO3和第四接口IO4；其第一接口IO1与其第四接口IO4分别与检测模块连接，其第一接口IO1向检测模块提供第一控制信号，其第四接口IO4接收检测模块的短路状态信号；其第二接口IO2和其第三接口IO3分别与输出控制及状态回采模块电连接，其第二接口IO2向输出控制及状态回采模块提供第二控制信号，其第三接口IO3接收输出控制及状态回采模块的输出继电器状态信号。
请参照图2和图3，在本发明实施例的一个具体实施方式中，交流充电桩短路检测装置的具体结构如下：
输出控制及状态回采模块包括：电阻R7、R8、R9、R10、R11，三极管Q3、Q4，二极管D3，输出继电器U4。
检测电路包括：电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，二极管D1、D2，三极管Q2，NMOS管Q1，检测继电器U2，隔离光耦U3。
输出控制及状态回采模块、检测模块与MCU模块相互配合实现输出前短路检测功能。
检测模块：U2的4脚经U4的常闭触点连接至+12V，当MCU的IO1输出为低电平时，检测继电器1脚和9脚之间断开，12V1通过R1电阻接NMOS管Q1，U3的2脚为低电平，U3的1脚通过R3电阻接12V1，光耦U3导通，U3的4脚为低电平，此时IO4为低电平。
当MCU的IO1输出为高电平时，检测继电器U2的1脚和9脚之间闭合，Lout通过U2的1脚和9脚连接至Q1的G级，设定输出端子Lout、Nout之间阻抗为Rx，此时+12V1经电阻R1接NMOS管Q1的G级，Lout接NMOS管Q1的G级，Lout经电阻Rx和R2接GND1。依据单相交流充电桩输出特性，设定Rx值为0-7Ω时认为外部短路，电阻R1、Rx和R2串联，通过选定电阻R1和R2的阻值，使得当Rx为0-7Ω时与R2分得的电压在NMOS管Q1导通限值之下，NMOS管Q1不导通。因此当Rx为0Ω到5Ω(±2Ω误差范围)时，NMOS管Q1不导通，U3的1脚通过R3电阻接12V1，U3的2脚为高电平，光耦U3不导通，U3的4脚通过R4上拉为高电平，此时IO4为高电平，认为输出存在短路情况；当Rx为大于7Ω时，NMOS导通，U3的1脚通过R3电阻接12V1，U3的2脚为低电平，光耦U3导通，U3的4脚通过R4为低电平，此时IO4为低电平，认为输出不存在短路情况；
输出控制及状态回采模块：U4的5脚接+12V，当IO2输出为低电平时，Q3不导通，U4的4脚为高电平，此时U4不导通，常闭触点闭合，常开触点断开，无交流输出.
当交流充电桩启动充电时，需要进行输出前短路检测，检测电路开始工作，当确认输出有短路情况时，IO2输出低电平，输出继电器不动作；当确认输出无短路情况时，IO2输出高电平，Q3导通，U4的4脚为低电平，此时U4动作，常闭触点断开，检测电路无法工作，不会造成异常闭合，常开触点闭合，输出交流电；状态回采电路可以采集常闭触点6脚电平值判断输出继电器是否动作。
本发明实施例旨在保护一种交流充电桩短路检测装置，包括：MCU模块、输出控制及状态回采模块和检测模块；MCU模块分别与输出控制及状态回采模块和检测模块电连接；输出控制及状态回采模块的输入端与短路检测装置的输入端口连接，其输出端与短路检测装置的输出端口连接；检测模块与短路检测装置的输出端口，获取交流充电桩输出前输出侧的阻抗值，以判断交流充电桩外部是否短路。上述技术方案具备如下效果：
通过检测模块中的NMOS管特性及检测继电器切换，实现对充电桩输出前输出侧L/N之间阻抗的判断，确定外部是否短路，并且检测继电器与输出控制回路之间通过互锁避免了继电器切换异常等带来的问题。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种交流充电桩短路检测装置，其特征在于，包括：MCU模块、输出控制及状态回采模块和检测模块；
所述MCU模块分别与所述输出控制及状态回采模块和所述检测模块电连接；
所述输出控制及状态回采模块的输入端与短路检测装置的输入端口连接，其输出端与所述短路检测装置的输出端口连接；
所述检测模块与所述短路检测装置的输出端口，获取交流充电桩输出前输出侧的阻抗值，以判断所述交流充电桩外部是否短路。
2.根据权利要求1所述的交流充电桩短路检测装置，其特征在于，还包括：隔离AC/DC电源模块；
所述隔离AC/DC电源模块的输入端与所述短路检测装置的输入端口连接，其输出端分别与所述MCU模块、所述检测模块和所述输出控制及状态回采模块连接。
3.根据权利要求1所述的交流充电桩短路检测装置，其特征在于，
所述检测模块包括：第一NMOS管、第二三极管、检测继电器和隔离光耦；
所述第一NMOS管的源极接地，其漏级与所述隔离光耦的第二端口连接，其栅极分别与第一电阻的一端和所述检测继电器的第九端口连接；
所述第二三极管的发射极接地，其集电极与所述检测继电器的第六端口连接，其基极通过第五电阻与所述MCU模块连接；
所述检测继电器的第一端口与所述短路检测装置的输出端口连接，其第四端口与继电器状态判断信号端口连接；
所述隔离光耦的第一端口通过第三电阻与第一参考电压源连接，其第三端口接地，其第四端口通过第四电阻与第二参考电压源连接，其第四端口还与所述MCU模块连接；
所述第一电阻的另一端与所述第一参考电压源连接；
第六电阻的两端分别与所述第二三极管的发射极和基极连接；
第二电阻的一端与所述第一NMOS管的源极连接，其另一端与所述短路检测装置的输出端口连接；
第二二极管的正极与所述隔离光耦的第二端口连接，其负极与所述隔离光耦的第一端口连接；
第一二极管的正极与所述检测继电器的第六端口连接，其负极与所述检测继电器的第四端口连接；
所述短路检测装置的输出端口分别与交流充电桩输出端口连接。
4.根据权利要求1所述的交流充电桩短路检测装置，其特征在于，
所述输出控制及状态回采模块包括：输出继电器、第三三极管和第四三极管；
所述输出继电器的第一端口和第二端口分别与所述短路检测装置的输出端口连接，其第三端口与第一参考电压源连接，其第四端口与所述第三三极管的漏级连接，其第五端口与所述第一参考电压源连接，其第六端口通过第十电阻与所述第四三极管的栅极连接，其第七端口和第八端口分别与所述短路检测装置的输入端口连接，所述第六端口还与继电器状态判断信号端口连接；
所述第三三极管的漏级与第三二极管的正极连接，其栅极通过第七电阻与所述MCU模块连接，其源极接地；
所述第四三极管的源极接地，其漏级通过第十一电阻与第二参考电压源连接，其漏级还与所述MCU模块连接；
所述第三二极管的负极与第一参考电压源连接，第八电阻的两端分别与所述第三三极管的源极和栅极连接。
5.根据权利要求1所述的交流充电桩短路检测装置，其特征在于，
所述MCU模块包括：第一接口、第二接口、第三接口和第四接口；
其所述第一接口与其所述第四接口分别与所述检测模块连接，其所述第一接口向所述检测模块提供第一控制信号，其所述第四接口接收所述检测模块的短路状态信号；
其所述第二接口和其所述第三接口分别与所述输出控制及状态回采模块电连接，其所述第二接口向所述输出控制及状态回采模块提供第二控制信号，其所述第三接口接收所述输出控制及状态回采模块的输出继电器状态信号。
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