CN116184264A - 一种检测充电枪火线与零线短路的电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及充电枪火线与零线短路技术领域，公开了一种检测充电枪火线与零线短路的电路，其中充电枪的火线L0通过继电器K1与电网的火线L1连接，充电枪的零线N0通过继电器K2与电网的零线N1连接，还包括依次串联连接的分压电路，第一整流滤波电路和放大比较电路，其中安规电容C1、被测电阻R0、安规电容C2和电阻R1构成分压电路，放大比较电路的输出端输出检测信号，本申请采用安规电容分压的同时实现电气隔离，可靠性高，不用额外做隔离保护，器件少。

Description

一种检测充电枪火线与零线短路的电路

技术领域

本发明涉及充电故障探测技术领域，尤其是一种检测充电桩的充电枪火线与零线短路的电路及方法。

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。

随着国家对电动汽车越来越重视，充电桩也越来越普及了。但一部分充电桩也存在故障、不好用等问题，有些容易漏电或者起火等。而电枪火线与零线短路会造成漏电甚至烧毁汽车等现象，因此需要充电桩具备输出侧的漏电保护功能和输出侧过流和短路保护功能。而短路保护一般通过对充电枪的零线和火线是否短路进行检测，从而采取保护措施。

传统检测充电枪的零线和火线是否短路的方法为：控制闭合辅助检测继电器K3、继电器K4，检测R3电压值来判断是否存在电阻R0，来确认充电枪的火线端子和零线端子是否短路，其检测电路如图1所示。

该方法存在以下缺点：1)辅助继电器K3,继电器K4闭合后，充电枪头火线端子带电，威胁到用户安全；2)器件多，成本高，除了继电器电路外，检测信号模块还需要做耐压隔离以满足安规要求；3)每次充电前都需要主动控制继电器做检测，不能保持实时在线检测；4)可靠性欠缺，继电器属于机械器件，寿命不如电子器件，继电器一旦失效会造成误判，失去检测功能。

发明内容

为解决上述现有技术问题，本发明提供一种充电枪火线与零线短路的电路及检测方法，能解决上述不足，提高短路检测电路的安全性、可靠性，且使用寿命长。

本发明的一种检测充电桩的充电枪火线与零线短路的电路，一种检测充电桩的充电枪火线与零线短路的电路，包括第一接线端子L0、第二接线端子N0、第三接线端子L1和第四接线端子N1；其中第一接线端子L0用于连接至充电枪的火线；第二接线端子N0用于连接至充电枪的零线；第三接线端子L1用于连接至电网的火线；第四接线端子N1用于连接至电网的零线；

第一接线端子L0和第三接线端子L1之间连接有第一继电器K1；

第二接线端子N0和第四接线端子N1之间连接有第二继电器K2；

还包括依次串联连接的分压电路，第一整流滤波电路和放大比较电路；

分压电路包括并联在继电器K1两端的安规电容C1、依次连接在第二接线端N0和地之间的电容安规C2和电阻R1；

第一整流滤波电路包括整流二极管D1和电容C3，整流二极管D1的输入端连接至电阻R1和安规电容C2的连接线,电容C3连接在整流二极管D1的输出和地之间；

放大比较电路的输入端连接在第一整流滤波电路的输出端，放大比较电路的输出端输出检测信号。

进一步的，所述安规电容C1与第三接线端子L1之间设置电阻RX，所述安规电容C2与电阻R1之间设置电阻RY。

进一步的，还包括钳位电路，钳位电路包括稳压二极管D2，稳压二极管D2输出端连接至二极管D1的输出，稳压二极管D2和电容C3为并联关系。

进一步的，还包括放电电阻R2,所述放电电阻R2并联在电容C3两端。

进一步的，所述放大比较电路采用电压比较器电路，所述电压比较器电路包括电压比较器U1，电压比较器U1反相端通过电阻R3连接至电阻R2，电压比较器U1同相端设定基准电压，通过电压比较器U1的输出端直接输出检测结果。

进一步的，所述基准电压通过分压电路R4、R5来提供，其中R4的一端接地，另一端连接电阻R5和电压比较器U1的输入端，电阻R5的另一端连接至直流电源VDD。

进一步的，还包括滤波电容C4,滤波电容C4连接在直流电源VDD和地之间。

进一步的，所述放大比较电路为同向运算放大电路，包括运算放大器；所述运算放大器的正向输入端通过电阻R3连接至整流二极管D1的输出端，所述运算放大器的反向输入端通过电阻R4连接至地，电阻R5连接在所述运算放大器的反向输入端和输出端之间，所述运算放大器的输出端输出检测信号。

进一步的，还包括第二整流滤波电路，第二整流滤波电路包括二极管D3、电容C3；其中二极管D3的输出端连接至运算放大器的输出端，电容C3并联在二极管D3与地之间。

进一步的，还包括放电电阻R6,其中放电电阻R6并联在电容C3两端。

本发明通过安规电容分压后，电流为交流电，再经半波整流电路后将交流信号转换为直流信号，同时通过钳位电路避免输入电压比较器电路的电压过高，从而损毁电压比较器输入端，再通过放电电阻放电对多余的功率吸收，保证输入电压比较器电路的电压稳定，及时泄放C3电容残压，避免电压比较器输入悬空，使其电路工作异常,采用较少的元器件实现电气隔离的基础上提高了检测电路的安全性。

通过在充电枪外设置电压比较器电路，且最终通过对充电枪之外的电压比较器输出的电平值进行判断以实现在线实时检测零线与火线是否短路，相比现有的通过控制充电枪来检测零线与火线是否短路，安全性、可靠性更高，且操作简便。

本发明的有益效果体现在，

1)安规电容可避免用户误操作导致的危险，提高检测电路的安全性；

2)采用安规电容分压的同时实现电气隔离，可靠性高，不用额外做隔离保护，器件少，且采用电容、电阻等电子器件，使用寿命长；

3)可实时在线检测是否短路，无需每次控制充电枪检测；

4)检测短路电阻R0的范围大，通过合理配置电路参数，实测被测电阻最大可支持kΩ级。

附图说明

图1为现有检测充电枪零线与火线短路的电路示意图；

图2为本发明所提供的实施例1的电路示意图；

图3为本发明所提供的充电枪零线与火线发生短路时的电路示意图；

图4为本发明所提供的实施例2的电路示意图；

图5为本发明所提供的实施例3的电路示意图；

附图标记：K1-继电器,K2-继电器，C1-安规电容，C2-安规电容，U1-电压比较器，R0-电阻，R1-电阻，D1-二极管，C3-电容，R2-电阻，U1-电压比较器，R4-电阻，R5-电阻，VDD-电源端，C4-电容，R3-电阻，R4-电阻，RX-电阻，RY-电阻，D2-稳压二极管，R5-电阻、D3-二极管，R6-电阻。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为现有的检测充电枪零线、火线是否短路的电路。其中充电枪的火线通过继电器K1连接至电网的火线，充电枪的零线通过继电器K2连接至电网的零线，还包括辅助检测继电器K3,K4,通过控制闭合辅助检测继电器K3,K4，检测R3电压值来判断是否存在电阻R0，来确认充电枪的火线端子和零线端子是否短路。该方法存存在的问题是：1、当辅助继电器助继电器K3,K4闭合后，充电枪头火线端子带电，威胁到用户安全；2、器件多成本高，除了继电器电路外，检测信号还需要做耐压隔离以满足安规要求；3、每次充电前都需要主动控制继电器做检测，不能保持实时在线检测；4、可靠性欠缺，继电器属于机械器件，寿命不如电子器件，继电器一旦失效会造成误判，失去检测功能。

针对上述对充电枪的接地检测存在的问题，提出了以下实施例：

实施例1：

参照图2，本发明的一种检测充电桩的充电枪火线与零线短路的电路，其中充电枪的火线L0通过继电器K1与电网的火线L1连接，充电枪的零线N0通过继电器K1与电网的火线N1连接，还包括有继电器K1还包括依次串联连接的分压电路，第一整流滤波电路和放大比较电路。

分压电路，分压电路包括并联在继电器K1两端的安规电容C1、依次连接在第二接线端N0和地之间的电容C2和电阻R1；第一整流滤波电路，包括整流二极管D1和电容C3，整流二极管D1的输入端连接至电阻R1和电容C2的连接线,电容C3连接在整流二极管D1的输出和地之间；放大比较电路的输入端连接在第一整流滤波电路的输出端，放大比较电路的输出端输出检测信号。

本实施的检测原理图如图3所示，在正常状态下，充电枪的零线接地，充电枪的零线端的电压值为0V，R1两端的分压为0V。当充电枪火线端子LO和零线端子NO短接时存在电阻R0，此处的电阻可能会达到kΩ级，此时电网的火线、安规电容C1、电阻R0、安规电容C2和电阻R1到地会构成一个回路，电阻R1两端会形成分压，因此，可以通过检测电阻R1的分压压电值来判断零线和火线端是否存在电阻进而判断零线和火线是否短路。

在本实施例中将电阻R1两端的电压作为检测电压，首先经过第一整流二极管进行半波整流，然而，经过滤波电容C3进行滤波，后输入值放大比较电路输出信号。其中放电电阻R2一方面和电容C3构成充放电回路，辅助电容C3实现滤波，另一方面也充当限流电阻的作用，进行分流，使得流入放大滤波电路中的电流不至于太大，保护放大比较电路，及时泄放C3电容残压，避免电压比较器输入悬空，使其电路工作异常。

另外，在本实施例中还电容采用的为安规电容，安规电容C1和安规电容C2的设置，同时实现了电气隔离功能，将电源端VDD与用电电路电气隔离，以防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险。而采用安规电容保证电路安全，避免因误操作导致的危险。安规电容C1通过跨接到继电器K1触点两端，与安规电容C2、电阻R1、大地形成分压检测电路回路。

所述二极管半波整流电路包括设置在安规电容C2与电阻R1之间的二极管D1，二极管D1上连接有并联的电容C3和电阻R2，二极管D1将电阻R1两端的交流信号转换成直流信号，电阻R2为电容C3的负载放电电阻能及时泄放C3电容残压，避免电压比较器输入悬空，使其电路工作异常。

所述放大比较电路采用电压比较器电路，所述电压比较器电路包括电压比较器U1，电压比较器U1反相端通过电阻R3连接至电阻R2，电压比较器U1同相端设定基准电压，通过电压比较器U1的输出端直接输出检测结果。

所述基准电压通过分压电路R4、R5来提供，其中R4的一端接地，另一端连接电阻R5和电压比较器U1的输入端，电阻R5的另一端连接至直流电源VDD，还包括滤波电容C4,滤波电容C4连接在直流电源VDD和地之间，滤波电容C4主要用于滤波电源VDD的杂波。

在本实施例中通过电压比较器U1在线判断充电枪的火线和零线之间的电压值与基准电压值的大小来判断是否短路，以实现在线实时检测火线和零线短路。

另外，还设置有钳位电路，钳位电路包括稳压二极管D2，稳压二极管D2输出端连接至二极管D1的输出，稳压二极管D2和电容C3为并联关系，稳压二极管D2的设置能够防止电压过高损坏电压比较器。

实施例2：

参照图4，作为本发明的另一实施例，所述放大比较电路采用电压比较器电路，所述电压比较器电路包括电压比较器U1，电压比较器U1反相端通过电阻R3连接至电阻R2，电压比较器U1同相端设定基准电压，通过电压比较器U1的输出端直接输出检测结果。

所述分压电路包括安规电容C1和电阻RX，以及安规电容C2和电阻RY，通过安规电容加电阻的组合方式取代安规电容，进一步提高电路的安全性。这里电阻RX和电阻RY的数量和电阻值可以根据实际需要增减。

实施例3：

参照图5，作为本发明的另一实施例，放大比较器电路可以用运算放大器电路取代，所述放大比较电路为同向运算放大电路，包括运算放大器；所述运算放大器的正向输入端通过电阻R3连接至整流二极管D1的输出端，所述运算放大器的反向输入端通过电阻R4连接至地，电阻R5连接在所述运算放大器的反向输入端和输出端之间，所述运算放大器的输出端输出检测信号。

还包括第二整流滤波电路，第二整流滤波电路包括二极管D3、电容C3；其中二极管D3的输出端连接至运算放大器的输出端，电容C3并联在二极管D3与地之间。

还包括放电电阻R6,其中放电电阻R6并联在电容C3两端。

在本实施例中，输出端输出的信号并不是如实施例1中的0,1信号用于直接指示零线和火线是否直接短路，而是具体的电压值。根据该具体的电压值可以判断零线和火线是否短路，也可以依据需求合理利用该电压值，该输出的电压值可以直接用于ADC采样电路，ADC采用后由控制芯片与一预设电压值比较输出是否短路的信号，若发生短路，进行声光报警。

另外，利用上述实施例中的检测电路进行检测的方法具体包括以下步骤：1)在电压比较器U1同向相输入设置基准电压值，该基准电压值可根据实际需求确定；2)判断电压比较器U1反相输出端的电压值与基准电压值大小，将判断结果反馈给电压比较器U1输入端及检测信号模块；3)将步骤2)的判断结果反馈给电压比较器U1的输出端，电压比较器U1的输出端根据判断结果输出相应的电平值；4)电压比较器U1的输出端输出的电平值传送给检测信号模块，检测信号模块判断电压比较器U1的输出端输出的电平值为高电平或低电平，并根据判断结果确定是否故障报警。

具体的，如果步骤2)中，电压比较器U1反相输出端的电压值小于等于基准电压值，则步骤3)中，电压比较器U1的输出端输出的电平值为低电平，步骤4)中检测信号模块不进行故障报警。即正常状态下，充电枪零线端口NO电压为0V，电阻R1分压电阻为0V,因而电压比较器U1的反相输入为0V，小于其同向相端输入的基准电压值，此时U1输出电平值为低电平，检测信号模块不进行故障报警。

如果步骤2)中，电压比较器U1反相输出端的电压值大于基准电压值，则步骤3)中，电压比较器U1的输出端输出的电平值为高电平，步骤4)中检测信号模块故障报警。参照图3，当充电枪火线端子LO和零线端子NO短接时存在电阻R0，零线端子NO通过安规电容C1与电网火线LI形成通路，使得零线端子NO带电，此时A点带电，A点电压经过二极管D1整流，电容C3滤波，经过R3输入到电压比较器U1反相端，当其电压大于同相端的基准电压值时，引起电压比较器U1输出状态发生变化，输出高电平，即可检测到充电枪火线端子LO,零线端子NO端子短路，实现故障报警检测信号模块故障报警；通过合理配置安规电容C1、安规电容C2、电阻R1、电阻R4、电阻R5的电路参数，电阻R0的识别范围可达kΩ级。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。其中，“里侧”是指内部或围起来的区域或空间。“外围”是指某特定部件或特定区域的周围的区域。

在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用以描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的实施例的描述中，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。

在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“～”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A～B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。

在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于，包括第一接线端子L0、第二接线端子N0、第三接线端子L1和第四接线端子N1；

其中第一接线端子L0用于连接至充电枪的火线；

第二接线端子N0用于连接至充电枪的零线；

第三接线端子L1用于连接至电网的火线；

第四接线端子N1用于连接至电网的零线；

第一接线端子L0和第三接线端子L1之间连接有第一继电器K1；

第二接线端子N0和第四接线端子N1之间连接有第二继电器K2；

还包括依次串联连接的分压电路，第一整流滤波电路和放大比较电路；

分压电路，分压电路包括并联在继电器K1两端的安规电容C1、依次连接在第二接线端N0和地之间的安规电容C2和电阻R1；

第一整流滤波电路，包括整流二极管D1和电容C3，整流二极管D1的输入端连接至电阻R1和安规电容C2的连接线,电容C3连接在整流二极管D1的输出和地之间；

放大比较电路的输入端连接在第一整流滤波电路的输出端，放大比较电路的输出端输出检测信号。

2.根据权利要求1所述的检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：所述安规电容C1与第三接线端子L1之间设置电阻RX，所述安规电容C2与电阻R1之间设置电阻RY。

3.根据权利要求1所述的检测充电桩的充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：还包括钳位电路，钳位电路包括稳压二极管D2，稳压二极管D2输出端连接至二极管D1的输出，稳压二极管D2和电容C3为并联关系。

4.根据权利要求1所述的检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：还包括放电电阻R2,所述放电电阻R2并联在电容C3两端。

5.根据权利要求1所述的检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：所述放大比较电路采用电压比较器电路，所述电压比较器电路包括电压比较器U1，电压比较器U1反相端通过电阻R3连接至电阻R2，电压比较器U1同相端设定基准电压，通过电压比较器U1的输出端直接输出检测结果。

6.根据权利要求5所述的检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：所述基准电压通过分压电路R4、R5来提供，其中R4的一端接地，另一端连接电阻R5和电压比较器U1的输入端，电阻R5的另一端连接至直流电源VDD。

7.根据权利要求6所述的检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：还包括滤波电容C4,滤波电容C4连接在直流电源VDD和地之间。

8.根据权利要求1所述的检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：所述放大比较电路为同向运算放大电路，包括运算放大器；所述运算放大器的正向输入端通过电阻R3连接至整流二极管D1的输出端，所述运算放大器的反向输入端通过电阻R4连接至地，电阻R5连接在所述运算放大器的反向输入端和输出端之间，所述运算放大器的输出端输出检测信号。

9.根据权利要求6所述的检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：还包括第二整流滤波电路，第二整流滤波电路包括二极管D3、电容C3；

其中二极管D3的输出端连接至运算放大器的输出端，电容C3并联在二极管D3与地之间。

10.根据权利要求9所述的检测充电枪火线与零线短路的电路，其特征在于：还包括放电电阻R6,其中放电电阻R6并联在电容C3两端。

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