CN205681146U - 隔离型电动汽车充电控制导引电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，包括光耦隔离电路、电平转换电路、光耦隔离CP检测电路、光耦隔离CC检测电路。光耦隔离电路将供电控制装置提供的PWM信号隔离后提供给电平转换电路；电平转换电路根据国家标准GB/T20234.2规定将PWM信号转换为幅值为±12V的PWM信号；光耦隔离CP检测电路的光耦输入端接于电平转换电路输出回路，输出端将隔离后的CP信号提供给供电控制装置；光耦隔离CC检测电路将输入的CC信号隔离后提供给供电控制装置；当供电控制装置检测到CC、CP信号满足条件后给电动汽车供电。本实用新型中供电控制装置与车辆控制装置之间的信号实现全部隔离，实现简单，成本低廉，具有推广价值。
Description
技术领域：
本实用新型属于电动汽车领域，具体涉及一种隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路。
背景技术：
充电桩对电动汽车进行充电之前，首先需要确认电动汽车与充电桩是否正常连接。如果未正常连接就进行充电，容易引发火灾等危险。同时，按照国家标准，电动汽车在进行充电时还需要实时监控充电过程，发生异常情况时应该立即断电。一般在充电桩内部设置供电控制装置，在电动汽车内部设置车辆控制装置来实现充电的控制导引功能，供电控制装置和车辆控制装置之间通过充电连接确认(CC)、控制确认(CP)和保护接地(PE)信号实现充电控制导引，供电控制装置和车辆控制装置之间CC、CP、PE信号的含义及连接模式等，在国家标准GB/T20234.2中做了详细的介绍。现有技术中，依据国家标准GB/T20234.2设计的电动汽车充电控制导引电路较复杂，不利于节省成本，且检测信号往往直接和供电控制装置连接，系统地GND和PE之间不隔离直接相连，充电桩和车辆之间连接和断开瞬间均易引入干扰，对供电控制装置的抗电磁干扰提出了更高的要求。
发明内容：
鉴于现有技术存在不足之处，本实用新型提供了一种隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，电路简单，低成本，安全可靠，具有良好的应用效果。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，用于连接供电控制装置和车辆控制装置，包括光耦隔离电路、电平转换电路、光耦隔离CP检测电路和光耦隔离CC检测电路，供电控制装置的PWM信号输出端经光耦隔离电路连接至电平转换电路，电平转换电路输出端分别与光耦隔离CP检测电路的光耦输入端和供电控制装置的CP信号输出端连接；光耦隔离CP检测电路的光耦输出端与供电控制装置的CPIN信号输入端连接；
所述光耦隔离CC检测电路的输入端与连接设备的CC信号输出端连接，输出端与供电控制装置的CCIN信号输入端连接。
光耦隔离CC检测电路用于接收连接设备输出的CC信号，隔离后提供给供电控制装置；
光耦隔离电路接收供电控制装置提供的PWM信号，经光电隔离后输出给电平转换电路；
电平转换电路通过供电控制装置提供的±12V电源，将光耦隔离电路隔离后的PWM信号转换为幅值为±12V的PWM信号，经连接设备连接到车辆控制装置，同时输出给光耦隔离CP检测电路，用于检测车辆控制装置的回馈信号；
光耦隔离CP检测电路的光耦输入端接±12V的PWM信号，经隔离后的信号提供给供电控制装置。
进一步的，光耦隔离CC检测电路包括第三光耦、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第八电阻一端与+12V电源连接，另一端与第三光耦的发光二极管阳极连接，所述第九电阻的一端与+12V电源连接，另一端与第三光耦的发光二极管阴极连接，所述第七电阻的一端与+3.3V电源连接，另一端与第三光耦的输出正连接，第三光耦的输出负与系统地GND连接。
进一步的，所述光耦隔离CP检测电路包括第五电阻、第二光耦、第六电阻，第五电阻一端与电平转换电路的第四电阻前端连接，另一端与第二光耦的发光二极管阳极连接，第二光耦的发光二极管阴极与电平转换电路的第四电阻后端连接，第六电阻一端与+3.3V连接，另一端与第二光耦的输出正和CP信号输出端连接，第二光耦的输出负与系统地GND连接。
所述光耦隔离电路包含第一电阻、第二电阻、第一光耦，第一电阻的一端接供电控制装置的PWM信号，另一端与第二电阻的一端以及第一光耦的发光二极管阳极连接，第二电阻的另一端与光耦的发光二极管阴极和系统地GND连接，第一光耦的输出正与+12V连接，第一光耦的输出负与电平转换电路的第一三极管的基极连接。
所述电平转换电路包含第三电阻、第一电容、第一三极管、第二三极管、第四电阻，第三电阻和第一电容构成储能回路，用于维持三极管的导通，第一三极管的基极与第二三极管的基极连接，并与光耦隔离电路的第一光耦输出负连接， 第一三极管的集电极与+12V连接，第二三极管的发射极与-12V连接，第一三极管的发射极与第二三极管的发射极连接，并经过第四电阻输出CP信号至车辆控制装置。
所述第二光耦可以是数字光耦或模拟光耦。
本实用新型相比现有技术具有如下优点：
本实用新型提出了一种隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路。包括以下模块：光耦隔离电路，用于将供电控制装置输出的PWM信号隔离后提供给电平转换电路；电平转换电路，将PWM信号转换成国家标准规定的幅值为±12V的PWM波形；光耦隔离CP检测电路，将检测点1的电平隔离转换后提供给供电控制装置；光耦隔离CC检测电路，将检测点4的电平隔离后提供给供电控制装置；系统电源3.3V和12V电源完全隔离，PE和12V电源地12V_GND连接。如上所述，供电控制装置与车辆控制器之间的信号实现全部隔离，实现简单，成本低廉，具有良好的推广价值。
附图说明:
图1为本实用新型一种隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路的原理框图。
图2为光耦隔离电路、电平转换电路、光耦隔离CP检测电路的电路原理图。
图3为光耦隔离CC检测电路的电路原理图。
图中：1-光耦隔离电路；2-电平转换电路；3-光耦隔离CP检测电路；4-光耦隔离CC检测电路；5-供电控制装置；6-车辆控制装置；7-充电桩；8-连接设备；9-电动汽车。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：
如图1所示，本实用新型的隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路包括光耦隔离电路(1)、电平转换电路(2)、光耦隔离CP检测电路(3)、光耦隔离CC检测电路(4)，上述引导电路设置在供电控制装置内，并通过连接设备和车辆控制装置连接，其中：
供电控制装置的PWM信号输出端经光耦隔离电路连接至电平转换电路，电平转换电路输出端与光耦隔离CP检测电路的光耦输入端连接，并通过连接设备和车辆控制装置的CP信号输入端连接；光耦隔离CP检测电路的光耦输出端与供电控制装置的CPIN输入端连接；光耦隔离CC检测电路的输入端与连接设备的CC信号输出端连接，输出连接供电控制装置的CCIN输入端；
所述光耦隔离电路(1)由第一电阻R1、第二电阻R2、第一光耦U1组成，当PWM信号为高电平时，，第一电阻的一端接供电控制装置的PWM信号，另一端与第二电阻的一端和第一光耦的发光二极管阳极连接，第二电阻的另一端与光耦的发光二极管阴极和系统地GND连接，第一光耦的输出正与+12V连接，第一光耦的输出负与电平转换电路的第一三极管基极连接。工作过程中，第一光耦U1导通，第一三极管Q1基极电压+12V，当PWM信号输出低电平时，第一光耦U1截止，第一三极管Q1基极电压通过第三电阻R3下拉至-12V，由此通过第一光耦U1完成了PWM信号的隔离转换。
所述电平转换电路(2)由第三电阻R3、第一电容C1、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第四电阻R4组成，第三电阻和第一电容构成储能回路，用于维持三极管的导通，第一三极管的基极与第二三极管的基极连接，并与光耦隔离电路的第一光耦输出负连接，第一三极管的集电极与+12V连接，第二三极管的发射极与-12V连接，第一三极管的发射极与第二三极管的发射极连接，并经过第四电阻输出CP信号至车辆控制装置，PE信号和±12V电压地12V_GND连接。
其中第一三极管Q1为NPN型，第二三极管Q2为PNP型，当PWM信号为高电平时由以上所述可知三极管基极为+12V，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，三极管发射级输出+12V，当PWM信号输出低电平时，三极管基极电压降低至-12V，第一三极管Q1截止,第二三极管Q2导通，发射极输出-12V，第四电阻串联在CP信号回路中，和车辆控制装置内电阻形成分压网络使检测点1在不同状态下有不同电压值。
所述光耦隔离CP检测电路(3)由第五电阻R5、第二光耦U2、第六电阻R6组成，第五电阻一端与电平转换电路的第四电阻前端连接，另一端与第二光耦的发光二极管阳极连接，第二光耦的发光二极管阴极与电平转换电路的第四电阻后端连接，第六电阻一端与工作电源+3.3V连接，另一端与第二光耦的输出正 和CPIN信号连接，第二光耦的输出负与系统地GND连接；当第四电阻R4两端压降为0V时，第二光耦U2截止，CPIN输出3.3V，当第四电阻R4两端压降为3V时，第二光耦U2导通，但因为导通电流太小不足以将CPIN信号拉低至低电平0V，其电压在1.5～2.5V之间，当第四电阻R4两端压降为6V时，第二光耦U2完全导通，CPIN输出低电平0.7V以下。
所述光耦隔离CC检测电路(4)由第三光耦U3、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9组成，八电阻一端与连接设备的+12V电源连接，另一端与第三光耦的发光二极管阳极连接，第九电阻一端与连接设备的+12V连接，另一端与第三光耦的发光二极管阴极和CC信号连接，第七电阻一端与+3.3V连接，另一端与第三光耦的输出正连接，第三光耦的输出负与工作电源地GND连接，当供电插头与供电插座连接，CC信号与PE短接，所述第三光耦导通，输出CCIN低电平，否则输出高电平；
将CC信号隔离转换后输出信号CCIN到供电控制装置(5)，当供电插头与供电插座未连接时，由图3可知，第三光耦U3截止，CCIN信号为高电平，供电控制装置(5)输出PWM信号持续高电平，当供电插头与供电插座完全连接时，第三光耦U3导通，CCIN信号为低电平，供电控制装置(5)输出PWM信号。
更进一步的分析控制导引实现过程：
一般的，连接设备(8)将供电设备充电桩(7)和电动汽车(9)连接起来，控制导引功能需要CC(充电连接确认)、CP(控制确认)、PE(保护接地)信号，对于供电设备充电桩(7)来说，CC信号从连接设备输入，用于检测连接设备(8)和供电设备充电桩(7)之间的可靠连接状态，CP信号由供电控制装置(5)输出，经光耦隔离电路(1)和电平转换电路(2)调制后转换成符合国家标准GB/T20234.2的PWM信号，经连接设备(8)和电动汽车(9)内的车辆控制装置(6)的CP输入信号连接，并检测由车辆控制装置(6)状态变化后导致的检测点1的电平变化，确认供电设备充电桩(7)和电动汽车(9)可靠连接及是否具备充电条件。PE作为保护接地信号，连接设备(8)将供电设备充电桩(7)和电动汽车(9)的PE地可靠连接在一起。本实用新型主要针对供电设备充电桩(7)内部的控制导引功能实现，电动汽车(9)内部实现方式不在本实用新型 的描述范围，下面将更进一步的分析控制导引过程：
当供电设备充电桩(7)没有和电动汽车(9)连接时，CC信号悬空，通过第九电阻R9上拉，第三光耦U3截止，CCIN输出高电平，供电控制装置(5)确认此时为未连接状态并使PWM信号输出持续高电平，第一三极管Q1导通，第二三极管Q2截止，第四电阻R4前端电压+12V，由于CP信号悬空，检测点1电压也为+12V，第四电阻R4两端压降为0V，第二光耦U2截止，CPIN信号输出3.3V。
当供电设备充电桩(7)和电动汽车(9)连接时，依据国家标准GB/T20234.2的描述，外部输入的CC信号将和PE短接，第三光耦U3导通，CCIN输出低电平，供电控制装置(5)确认供电插头已连接，对供电控制装置(5)完成启动设置后，输出频率为1000HZ的PWM信号，占空比由供电控制装置(5)能提供的额定容量决定。检测点1电压为高电平+9V，低电平-12V的脉冲信号，当检测点1电压为高电平+9V时第四电阻R4两端压降为3V，第二光耦U2半导通，CPIN信号输出电压最低1.5～2.5V，当检测点1电压为低电平-12V时第四电阻R4两端压降为0V，第二光耦U2截止，CPIN信号输出电压为3.3V，供电控制装置(5)检测到此电平范围后确认连接状态正常。
依据国家标准GB/T20234.2的描述，车辆控制装置(6)检测并确认PWM信号后设置可充电状态，检测点1电压变为+6V，第四电阻R4两端压降为6V，第二光耦U2完全导通，CPIN信号输出最低电压为低电平0.7V以下，供电控制装置(5)检测到此电平范围后确认可充电状态，控制输出开关给电动汽车(9)供电。
充电过程中，供电控制装置(5)持续检测CCIN和CPIN信号的状态，任何原因导致信号不满足可充电条件时，即CCIN为高电平或CPIN最低电压不为低电平0.7V以下，及时切断供电输出。
充电结束后，车辆控制装置(6)改变内部状态使CP信号发生改变，检测点1高电平电压为+9V，CPIN信号最低电压1.5～2.5V，供电控制装置(5)检测到该信号电平范围，确认现在为已连接不可充电状态，关闭对电动汽车(9)的供电。
当连接设备(8)从电动汽车(9)和供电设备充电桩(7)上断开后，检测 点1和检测点4电压均恢复为+12V，第二光耦U2截止，CPIN信号输出电压为3.3V，CCIN信号输出电压为3.3V，供电控制装置(5)检测到此电平范围后确认连接已断开，关闭PWM脉冲信号，使其输出持续高电平。
本实施例中，第一电阻R1取680欧、第二电阻R2取10k、第三电阻R3取5.1k、第四电阻R4取1.2k、第五电阻R5取3.6k、第六电阻R6取5.1k、第七电阻R7取5.1k、第八电阻R8取5.1k、第九电阻R9取5.1k、第一电容C1取10nF、第一三极管Q1采用S9013、第二三极管Q2采用S9012、第一光耦U1采用EL817、第二光耦U2采用EL817、第三光耦U3采用EL817。图2中第一晶体二极管D1、第二晶体二极管D2、第二电容C2为可选项，第一晶体二极管D1、第二晶体二极管D2为瞬态抑制二极管，主要是作浪涌保护，采用SMAJ13CA，第二电容C2对CP信号做高频滤波，取值为270pF。
本实用新型的电动汽车充电控制导引电路，将供电控制装置与车辆控制器之间的信号实现全部隔离，且实现简单，成本低廉，具有良好的推广价值。
上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，用于连接供电控制装置和车辆控制装置，其特征在于：包括光耦隔离电路、电平转换电路、光耦隔离CP检测电路和光耦隔离CC检测电路，供电控制装置的PWM信号输出端经光耦隔离电路连接至电平转换电路，电平转换电路输出端分别与光耦隔离CP检测电路的光耦输入端和供电控制装置的CP信号输出端连接；光耦隔离CP检测电路的光耦输出端与供电控制装置的CPIN信号输入端连接；
所述光耦隔离CC检测电路的输入端与连接设备的CC信号输出端连接，输出端与供电控制装置的CCIN信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，其特征在于：
所述光耦隔离电路接收供电控制装置提供的PWM信号，经光电隔离后输出给电平转换电路；
所述电平转换电路通过供电控制装置提供的±12V电源，将光耦隔离电路隔离后的PWM信号转换为幅值为±12V的PWM信号，经连接设备连接到车辆控制装置，同时输出给光耦隔离CP检测电路，用于检测车辆控制装置的回馈信号；
光耦隔离CP检测电路的光耦输入端接±12V的PWM信号，经隔离后的信号提供给供电控制装置。
3.根据权利要求1或2所述的隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，其特征在于：
所述光耦隔离CC检测电路包括第三光耦、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第八电阻一端与+12V电源连接，另一端与第三光耦的发光二极管阳极连接，所述第九电阻的一端与+12V电源连接，另一端与第三光耦的发光二极管阴极连接，所述第七电阻的一端与+3.3V电源连接，另一端与第三光耦的输出正连接，第三光耦的输出负与系统地GND连接。
4.根据权利要求1或2所述的隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，其特征在于：
所述光耦隔离CP检测电路包括第五电阻、第二光耦、第六电阻，第五电阻一端与电平转换电路的第四电阻前端连接，另一端与第二光耦的发光二极管阳极连接，第二光耦的发光二极管阴极与电平转换电路的第四电阻后端连接，第六电阻一端与+3.3V连接，另一端与第二光耦的输出正和CP信号输出端连接，第二光耦的输出负与系统地GND连接。
5.根据权利要求1或2所述的隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，其特征在于：
所述光耦隔离电路包含 第一电阻、第二电阻、第一光耦，第一电阻的一端接供电控制装置的PWM信号，另一端与第二电阻的一端以及第一光耦的发光二极管阳极连接，第二电阻的另一端与光耦的发光二极管阴极和系统地GND连接，第一光耦的输出正与+12V连接，第一光耦的输出负与电平转换电路的第一三极管的基极连接。
6.根据权利要求1或2所述的隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，其特征在于：
所述电平转换电路包含第三电阻、第一电容、第一三极管、第二三极管、第四电阻，第三电阻和第一电容构成储能回路，用于维持三极管的导通，第一三极管的基极与第二三极管的基极连接，并与光耦隔离电路的第一光耦输出负连接，第一三极管的集电极与+12V连接，第二三极管的发射极与-12V连接，第一三极管的发射极与第二三极管的发射极连接，并经过第四电阻输出CP信号至车辆控制装置。
7.根据权利要求4所述的隔离型电动汽车充电桩充电控制导引电路，其特征在于：
所述第二光耦可以是数字光耦或模拟光耦。
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