CN204389553U - 充电机电子负载控制保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种充电机电子负载控制保护电路，有效改善了现有技术中使用负载时，有效电能利用率较低的问题。本实用新型实施例中的充电机电子负载控制保护电路，包括用于通过调节传感器量程控制电流大小的传感器信号大小控制电路，用于控制电压保持平衡的直流电压限压点控制电路，用于在负载启动时控制驱动占空比线性增加的软启动保护电路，以及用于控制恒功率输出的交流输出恒功率调节电路；所述传感器信号大小控制电路、所述软启动保护电路和所述交流输出恒功率调节电路均与所述直流电压限压点控制电路相连。该充电机电子负载控制保护电路结构简单、设计巧妙，很好的匹配了充电机的充电特性，显著提高了电能利用率，实施方便，易于推广应用。

Description

充电机电子负载控制保护电路

技术领域

本实用新型涉及控制技术领域，具体而言，涉及一种充电机电子负载控制保护电路。

背景技术

电子负载或普通发热发光式负载是通过耗散功率消耗电能的设备，被广泛应用于各个领域中，设计人经研究发现，使用电子负载时，很多情况下有效电能利用率较低，例如：被用于进行充电机老化测试时，由于电动汽车充电机功率大，常规的电子负载功率较小，不能适应电动汽车充电机的高电压大功率的特性，特别是充电机工作在限流状态时，常规的恒流电子负载无法匹配上，如果加大电子负载电流，使恒压电源处于限流状态，两个电流都在调节，由于伏安特性不像阻性负载成线性，会把输出电压拉的很低，使功率下降很多，无法达到理想状态最大功率老化的效果。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的在于提供一种充电机电子负载控制保护电路，以改善现有技术中使用电子负载时，有效电能利用率较低的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种充电机电子负载控制保护电路，包括用于通过调节传感器量程控制电流大小的传感器信号大小控制电路，用于控制电压保持平衡的直流电压限压点控制电路，用于在负载启动时控制驱动占空比线性增加的软启动保护电路，以及用于控制恒功率输出的交流输出恒功率调节电路；

所述传感器信号大小控制电路、所述软启动保护电路和所述交流输出恒功率调节电路均与所述直流电压限压点控制电路相连。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述传感器信号大小控制电路包括电流传感器HR，发射极通过电阻R72与所述电流传感器HR相连、集电极接地的三极管Q11，与所述三极管Q11的基极相连的串联分压电路，所述直流电压限压点控制电路与所述电流传感器HR相连。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述串联分压电路包括动触点与所述三极管Q11的基极相连的电位器VR4，连接于所述电位器VR4的其中一个固定触点与所述电流传感器HR之间的分压电阻R70，连接于所述电位器VR4的另一个固定触点与所述电流传感器HR之间的分压电阻R67B。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述传感器信号大小控制电路还包括一端连接于所述电阻R72与所述电流传感器HR之间、另一端通过电位器VR5接地的电阻R75。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述直流电压限压点控制电路包括运算放大器U3，输入端与所述运算放大器U3相连的乘法器U4，同相输入端与所述乘法器U4相连的运算放大器U2，输入端与所述运算放大器U2的输出端相连的正弦脉宽调制SPWM控制芯片U1，以及与所述运算放大器U3相连的电压衰减电路，所述传感器信号大小控制电路与所述运算放大器U2的反相输入端相连，所述软启动保护电路与所述运算放大器U3、所述乘法器U4和所述SPWM控制芯片U1均相连，所述交流输出恒功率调节电路与所述乘法器U4和所述运算放大器U2均相连。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述电压衰减电路包括动触点与所述运算放大器U3的输入端相连的电位器VR3，与所述电位器VR3的其中一个固定触点相连的分压电阻R27，所述电位器VR3的另一个固定触点接地。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述软启动保护电路包括发射极与所述运算放大器U3的输入端相连、集电极接地的三极管Q2，基极与所述三极管Q2的基极相连、发射极与所述乘法器U4的输入端相连、集电极接地的三极管Q3，集电极与所述三极管Q2的基极、所述三极管Q3的基极和所述SPWM控制芯片U1的输入端均相连、发射极接地的三极管Q1，一端与所述三极管Q1的集电极相连、另一端接地的电容C3。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述交流输出恒功率调节电路包括输入端与所述乘法器U4的输入端相连的运算放大器U9，基极与所述运算放大器U9的输出端相连、集电极接地的三极管Q4，所述三极管Q4的发射极通过电阻R56与所述运算放大器U2的反相输入端相连。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述交流输出恒功率调节电路还包括连接于所述运算放大器U9的输入端与地之间的电容C2，连接于所述乘法器U4的输入端与地之间的电阻R1。

结合第一方面的第四种～第八种任意一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述乘法器U4的输入端通过隔离放大电路G与市电相连。

本实用新型实施例中，巧妙地设置了传感器信号大小控制电路、软启动保护电路、交流输出恒功率调节电路和直流电压限压点控制电路，几个电路相互配合确保了充电机和电子负载完美配合，如充电机处于限流状态时输出电压不会下降很多，下降一点达到平衡点即停，进而使充电机处于限流状态下的最大功率老化，显著提高了电能利用率。

进一步地，本实用新型实施例中，对传感器信号大小控制电路、软启动保护电路、交流输出恒功率调节电路和直流电压限压点控制电路的电路结构进行了巧妙设计，使用较少的元器件实现了电能利用率最大化的同时确保了电路运行的可靠性，符合实际需求。

进一步地，本实用新型实施例中的充电机电子负载控制保护电路结构简单、实施方便、能显著提高电能利用率，安全可靠性，符合实际需求，具有突出的实质性特点和显著进步，适合大规模推广应用。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型实施例的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种充电机电子负载控制保护电路的结构框图；

图2为本实用新型实施例所提供的一种传感器信号大小控制电路的电路图；

图3为本实用新型实施例所提供的一种直流电压限压点控制电路的电路图；

图4为本实用新型实施例所提供的一种软启动保护电路的电路图；

图5为本实用新型实施例所提供的一种交流输出恒功率调节电路的电路图；

图6为本实用新型实施例所提供的一种充电机电子负载控制保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

电动汽车充电机功率通常在8KW～50KW之间，由于功率较大，企业在出厂前进行老化测试时需要很大电流，当有大电流通过时，电线及各设备会产生较大热量，使得老化室温度较高，既浪费电能又不安全，且常规的电子负载往往功率较小，不能适应电动汽车充电机的高电压大功率的特性，特别是充电机要工作在限流状态，常规的恒流电子负载无法匹配，如果电子负载加大电流，那么会使恒压电源处于限流状态，两个设备同时调节电流，把输出电压拉的很低，使功率下降很多，达不到理想状态最大功率老化的效果，造成了极大的浪费。

基于此，如图1所示，本实用新型实施例提供了一种充电机电子负载控制保护电路，包括用于通过调节传感器量程控制电流大小的传感器信号大小控制电路100，用于控制电压保持平衡的直流电压限压点控制电路101，用于在负载启动时控制驱动占空比线性增加的软启动保护电路103，以及用于控制恒功率输出的交流输出恒功率调节电路102；所述传感器信号大小控制电路100、所述软启动保护电路103和所述交流输出恒功率调节电路102均与所述直流电压限压点控制电路101相连。

上述中，各电路的具体实现方案有多种，本实用新型实施例中提供了其中一种，本实施例中，各电路的实现方案包括但不限于以下方式。

如图2所示，本实用新型实施例提供了其中一种传感器信号大小控制电路100的实现电路，所述传感器信号大小控制电路100包括电流传感器HR，发射极通过电阻R72与所述电流传感器HR相连、集电极接地的三极管Q11，与所述三极管Q11的基极相连的串联分压电路，所述直流电压限压点控制电路101与所述电流传感器HR相连。

其中，所述串联分压电路包括动触点与所述三极管Q11的基极相连的电位器VR4，连接于所述电位器VR4的其中一个固定触点与所述电流传感器HR供电+15V之间的分压电阻R70，连接于所述电位器VR4的另一个固定触点与所述电流传感器HR供电-15V之间的分压电阻R67B。

基于上述电路结构，传感器信号大小控制电路100的实现原理如下：

分压电阻R70、电位器VR4和分压电阻R67B组成串联分压电路，各自的阻值选择有多种，例如：合适选取分压电阻R70、电位器VR4和分压电阻R67B的阻值，使电位器VR4的中心点电压在-0.7V左右到+5V左右，以使三极管Q11的发射极电压在0～5.7V左右。由于电流传感器HR是电流型的，感应电压与外加的负载电阻有关系，负载电流小，感应电压就小，流过电阻R72的电流越大，感应出的电流信号幅度就越大，改变电阻R72下端电压也就改变了流经电阻R72的电流，电阻R72下端电压越高，电阻R72上端的电压就越高，电阻R72阻值不变，通过改变电阻R72下端的电压从而控制电流传感器HR感应出的电压大小。间接的也就改变了电流传感器HR的量程，从而能便捷地控制限流电流的大小，从而控制功率大小。根据U＝IR，当三极管Q11基极电压在5.6V以上时，电流传感器HR最大感应电压等于I*(R75+VR5)，三极管Q11发射极为0V时，电流传感器HR最小感应电压是(R75+VR5)*R72/(R72+VR5+R72)。

实施时，优选将三极管Q11接成共集电极，射极跟随器形式，三极管Q11的发射极电压基本上是随基极电压变化而同步变化的，电位器VR4调到最下面时基极电压约为-0.7V，发射极电压约为0V，这时候电流传感器HR是最大量程，当电位器VR4调到最上面时，三极管Q11基极电压将超过电流信号电压，三极管Q11基极电压由于发射结是二极管特性，基极电压不会窜到电流信号端，电阻R72基本没有电流，不参与信号衰减，三极管Q11的发射极有二极管隔离特性，有效确保了基极的高电压不会影响到电流传感器HR的信号正常输出。

为了确保电路运行的稳定性，优选所述传感器信号大小控制电路100还包括一端连接于所述电阻R72与所述电流传感器HR之间、另一端通过电位器VR5接地的电阻R75。

其中，电阻R75与电位器VR5配合，可以设定初始最小电流，使电流传感器HR不会处于空载状态。

如图3所示，本实用新型实施例提供了其中一种直流电压限压点控制电路101的实现电路，所述直流电压限压点控制电路101包括运算放大器U3，输入端与所述运算放大器U3相连的乘法器U4，同相输入端与所述乘法器U4相连的运算放大器U2，输入端与所述运算放大器U2的输出端相连的正弦脉宽调制SPWM控制芯片U1，以及与所述运算放大器U3相连的电压衰减电路，所述传感器信号大小控制电路100与所述运算放大器U2的反相输入端相连，所述软启动保护电路103与所述运算放大器U3、所述乘法器U4和所述SPWM控制芯片U1均相连，所述交流输出恒功率调节电路102与所述乘法器U4和所述运算放大器U2均相连。

其中，所述电压衰减电路包括动触点与所述运算放大器U3的输入端相连的电位器VR3，与所述电位器VR3的其中一个固定触点相连的分压电阻R27，所述电位器VR3的另一个固定触点接地。

基于上述电路结构，直流电压限压点控制电路101的实现原理如下：

分压电阻R27与电位器VR3组成了直流电压衰减电路，信号经运算放大器U3运放处理后送到乘法器U4的输入端VA，乘法器U4的另外两个输入端通过隔离放大电路G接市电检测，一般来说，乘法器U4的输出等于VA乘以IAC再除以VRMS的平方，乘法器U4的输出MULT OUT接到运算放大器U2的同相输入端，电流传感器HR接运算放大器U2的反相输入端，运算放大器U2输出控制SPWM控制芯片U1的SPWM信号。

当输入直流电压高于设定值正常范围时，运算放大器U3输出一个固定电压，满载工作，当输入直流电压低于设定值时，运算放大器U3输出电压将按一定斜率下降电压，使乘法器U4的输出电压幅度减小，进而使运算放大器U2的输出幅度也减小，从而使SPWM波形占空比减小，使输出功率降低，直流电流减小，这种方式，使得输入直流电压不会降低很多，保持平衡状态。

如图4所示，本实用新型实施例提供了其中一种软启动保护电路103的实现电路，所述软启动保护电路103包括发射极与所述运算放大器U3的输入端相连、集电极接地的三极管Q2，基极与所述三极管Q2的基极相连、发射极与所述乘法器U4的输入端相连、集电极接地的三极管Q3，集电极与所述三极管Q2的基极、所述三极管Q3的基极和所述SPWM控制芯片U1的输入端均相连、发射极接地的三极管Q1，一端与所述三极管Q1的集电极相连、另一端接地的电容C3。

基于上述电路结构，软启动保护电路103的实现原理如下：

三极管Q1的基极接开关机信号输送端，在关机状态下，三极管Q1是导通的，此时电容C3两端无电压，三极管Q2导通把输入直流电压检测端电压拉低，三极管Q3导通把检测端拉低，使乘法器U4的输出置低，运算放大器U2输出低，SPWM控制芯片U1的COMP端置低，SPWM控制芯片U1无驱动输出；当开机后，三极管Q1截止，电容C3两端电压靠SPWM控制芯片U1内部恒流源进行充电，电容C3两端电压由0V到5V线性增加，当三极管Q1的基极电压高于发射极电压时，三极管Q2和三极管Q3由导通到截止，使乘法器U4的输出端由0V慢慢增大，SPWM控制芯片U1的COMP端电压也慢慢增加，从而实现控制SPWM控制芯片U1的驱动占空比慢慢加大，起到软启动的作用。

经验证，如果不加软启动保护电路103，那么关机状态下，乘法器U4的输出一直是高电平，单靠SPWM控制芯片U1的SOFT/START脚软启动效果不好，SPWM控制芯片U1的驱动占空比不是由最小线性增大的，容易冲击开关管，使得启动时开关管变压器应力大，容易烧管子，经过测试对比，加软启动保护电路103启动时基本没有声音，驱动波形由0V平衡稳定线性增加，故障率极低。

如图5所示，本实用新型实施例提供了其中一种交流输出恒功率调节电路102的实现电路，所述交流输出恒功率调节电路102包括输入端与所述乘法器U4的输入端相连的运算放大器U9，基极与所述运算放大器U9的输出端相连、集电极接地的三极管Q4，所述三极管Q4的发射极通过电阻R56与所述运算放大器U2的反相输入端相连。

为了确保电路运行的稳定性，优选所述交流输出恒功率调节电路102还包括连接于所述运算放大器U9的输入端与地之间的电容C2，连接于所述乘法器U4的输入端与地之间的电阻R1。

基于上述电路结构，交流输出恒功率调节电路102的实现原理如下：

运算放大器U9将市电电压处理成和电流传感器HR匹配的电压，当市电电压低时，三极管Q4完全导通，流经电阻R56的电流最大，使交流输出电流在市电电压比较低时交流电流最大，保持交流功率不变小，当市电电压高时，三极管Q4截止，无电流流经电阻R56，使交流电流变小，保持交流的恒功率。

经验证，如果不加交流输出恒功率调节电路102，那么当市电电压偏差高低有变化时，交流功率将会变化，市电电压低时，交流功率小，当市电电压高时，输出功率大，不利于电子负载的稳定工作。

在实施时，优选乘法器U4的输入端通过隔离放大电路G与市电相连。

通过对传感器信号大小控制电路100、软启动保护电路103、交流输出恒功率调节电路102和直流电压限压点控制电路101的电路结构进行巧妙设计，使用较少的元器件确保了电路运行的可靠性，实现了电能利用率的最大化，符合实际需求。

如图6所示，本实用新型实施例中还提供了其中一种传感器信号大小控制电路100、软启动保护电路103、交流输出恒功率调节电路102和直流电压限压点控制电路101的连接示意图。

本实用新型实施例中，巧妙地设置了传感器信号大小控制电路100、软启动保护电路103、交流输出恒功率调节电路102和直流电压限压点控制电路101，几个电路相互配合确保了充电机和电子负载完美匹配，如充电机处于限流状态时输出电压不会下降很多，下降一点达到平衡点即停，进而使充电机处于限流状态下的最大功率老化，显著提高了电能利用率。

在上述电路的基础上，本实用新型实施例中还连接有部分辅助电路、元器件和连线，用于保证电路的正常运行，这些辅助电路和元器件的使用属于行业通用的电路应用习惯，且为本领域较为成熟的技术，在此不再赘述。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，包括用于通过调节传感器量程控制电流大小的传感器信号大小控制电路，用于控制电压保持平衡的直流电压限压点控制电路，用于在负载启动时控制驱动占空比线性增加的软启动保护电路，以及用于控制恒功率输出的交流输出恒功率调节电路；

所述传感器信号大小控制电路、所述软启动保护电路和所述交流输出恒功率调节电路均与所述直流电压限压点控制电路相连。

2.根据权利要求1所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述传感器信号大小控制电路包括电流传感器HR，发射极通过电阻R72与所述电流传感器HR相连、集电极接地的三极管Q11，与所述三极管Q11的基极相连的串联分压电路，所述直流电压限压点控制电路与所述电流传感器HR相连。

3.根据权利要求2所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述串联分压电路包括动触点与所述三极管Q11的基极相连的电位器VR4，连接于所述电位器VR4的其中一个固定触点与所述电流传感器HR之间的分压电阻R70，连接于所述电位器VR4的另一个固定触点与所述电流传感器HR之间的分压电阻R67B。

4.根据权利要求3所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述传感器信号大小控制电路还包括一端连接于所述电阻R72与所述电流传感器HR之间、另一端通过电位器VR5接地的电阻R75。

5.根据权利要求1所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述直流电压限压点控制电路包括运算放大器U3，输入端与所述运算放大器U3相连的乘法器U4，同相输入端与所述乘法器U4相连的运算放大器U2，输入端与所述运算放大器U2的输出端相连的正弦脉宽调制SPWM控制芯片U1，以及与所述运算放大器U3相连的电压衰减电路，所述传感器信号大小控制电路与所述运算放大器U2的反相输入端相连，所述软启动保护电路与所述运算放大器U3、所述乘法器U4和所述SPWM控制芯片U1均相连，所述交流输出恒功率调节电路与所述乘法器U4和所述运算放大器U2均相连。

6.根据权利要求5所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述电压衰减电路包括动触点与所述运算放大器U3的输入端相连的电位器VR3，与所述电位器VR3的其中一个固定触点相连的分压电阻R27，所述电位器VR3的另一个固定触点接地。

7.根据权利要求5所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述软启动保护电路包括发射极与所述运算放大器U3的输入端相连、集电极接地的三极管Q2，基极与所述三极管Q2的基极相连、发射极与所述乘法器U4的输入端相连、集电极接地的三极管Q3，集电极与所述三极管Q2的基极、所述三极管Q3的基极和所述SPWM控制芯片U1的输入端均相连、发射极接地的三极管Q1，一端与所述三极管Q1的集电极相连、另一端接地的电容C3。

8.根据权利要求5所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述交流输出恒功率调节电路包括输入端与所述乘法器U4的输入端相连的运算放大器U9，基极与所述运算放大器U9的输出端相连、集电极接地的三极管Q4，所述三极管Q4的发射极通过电阻R56与所述运算放大器U2的反相输入端相连。

9.根据权利要求8所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述交流输出恒功率调节电路还包括连接于所述运算放大器U9的输入端与地之间的电容C2，连接于所述乘法器U4的输入端与地之间的电阻R1。

10.根据权利要求5～9任意一项所述的充电机电子负载控制保护电路，其特征在于，所述乘法器U4的输入端通过隔离放大电路G与市电相连。