CN206876753U - 一种汽车充电盒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车充电盒，该汽车充电盒包括：电流采集电路，用于采集汽车充电盒输出侧的电流信号，将所述电流信号转换为较低电流信号，并将所述较低电流信号变换为电压信号；滤波电路，与电流采集电路连接，用于对所述电压信号进行滤波；运算放大电路，与滤波电路的输出侧连接，用于将滤波后的电压信号的负半周期信号进行放大及反向，且使正半周期信号保持不变；主控电路，与运算放大电路的输出侧连接，用于采用AD采集离散化方式获得负半周期信号放大及反向后的电压信号的波形，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值。本实用新型提供的汽车充电盒能在控制汽车充电盒成本的前提下能准确测量出非正弦波的电流有效值。

Description

一种汽车充电盒

技术领域

本实用新型涉及汽车充电盒技术领域，尤其涉及一种汽车充电盒。

背景技术

汽车充电盒现有测量电流主要通过两种方法测量，一种是利用电流测量芯片采集电流，这种方法准确，但是消耗硬件资源增加汽车充电盒成本；另一种是利用互感器转换AD值采集峰值电压换算成有效值，这种方法在电流畸变的情况下不能准确换算出电流有效值。

因此，需要如何在控制汽车充电盒成本的前提下准确测量非正弦波的电流有效值是我们急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提出一种汽车充电盒，在控制汽车充电盒成本的前提下能准确测量出非正弦波的电流有效值。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

提供了一种汽车充电盒，该汽车充电盒包括：

电流采集电路，用于采集汽车充电盒输出侧的电流信号，将所述电流信号转换为较低电流信号，并将所述较低电流信号变换为电压信号；

滤波电路，与电流采集电路连接，用于对所述电压信号进行滤波；

运算放大电路，与滤波电路的输出侧连接，用于将滤波后的电压信号的负半周期信号进行放大及反向，且使正半周期信号保持不变；

主控电路，与运算放大电路的输出侧连接，用于采用AD采集离散化方式获得负半周期信号放大及反向后的电压信号的波形，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值。

其中，所述电流采集电路包括一电流变换器A1和一电阻R1，电流变换器A1感应电流输出侧的正极连接电阻R1的一端，电流变换器A1感应电流输出侧的负极连接电阻R1的另一端及接地。

其中，所述运算放大电路包括电阻R2、电阻R3、运算放大器U1、双共阴极二极管D1、和电容C2，电阻R2的一端连接滤波电路的输出侧，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的负极和电阻R3的一端，运算放大器U1的正极接地，运算放大器U1的输出侧连接双共阴极二极管D1的两个正极，双共阴极二极管D1的共阴极连接电阻R3另一端和电容C2的一端，电容C2的另一端接地。

其中，所述主控电路包括一MCU U2，所述MCU U2的模数转换引脚连接所述运算放大电路的输出侧，以获取负半周期信号放大及反向后的电压信号。

其中，所述汽车充电盒还包括一钳位电路，与运算放大电路的输出侧连接，用于限制运算放大电路输入到MCU U2的模数转换引脚的电平以保护主控电路。

其中，所述钳位电路包括一钳位二极管D2，钳位二极管D2的共极连接所述运算放大电路的输出侧，钳位二极管D2的阳极接地，钳位二极管D2的阴极连接+3.3V电源。

其中，所述滤波电路包括一滤波电容C1，所述于电流采集电路的输出侧。

其中，所述MCU U2的型号为STM32F030C8T6。

其中，所述主控电路还包括一AD基准电压隔离子电路；所述AD基准电压隔离子电路包括电容C6、C7、C8、C9和C10，电阻R6和R7；所述电阻R6的一端、电容C9的一端和电容C10的一端通过一电阻R5连接MCU U2的AD基准电压正极引脚，电阻R6的另一端连接+3.3V电源、电容C6的一端、电容C7的一端和电容C8的一端，电容C9的另一端、电容C10的另一端和电阻R7的一端连接MCU U2的AD基准电压负极引脚，电阻R7的另一端连接电容C8的另一端；

所述主控电路还包括一程序调试子电路，所述程序调试子电路包括一程序调试接口P1、电阻R8和电阻R9，所述程序调试接口P1的接地引脚接地，程序调试接口P1的脉冲引脚连接MCU U2的脉冲引脚及电阻R8的一端，程序调试接口P1的数据引脚连接MCU U2的数据引脚和电阻R9的一端，电阻R9的另一端和程序调试接口P1的电源引脚连接+3.3V电源，电阻R8的另一端接地。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：本实用新型提供的汽车充电盒通过将采集汽车充电盒输出侧的电流信号转换为较低电流信号，并将该较低电流信号变换为电压信号，对所述电压信号进行滤波及放大，最后采用AD采集离散化方式获得放大后的电压信号的波形，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值，本实用新型提供的汽车充电盒在控制汽车充电盒成本的前提下能准确测量出非正弦波的电流有效值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型具体实施例提供的一种汽车充电盒的电路框图。

图2是本实用新型具体实施例提供的一种汽车充电盒的电路图。

图3是本实用新型具体实施例提供的一种汽车充电盒电流有效值测量方法的方法流程图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。

下面结合附图1～2对本实用新型实施例提供的汽车充电盒作进一步的详细描述。图1是本实用新型具体实施方式中提供的一种汽车充电盒的电路框图，如图1所示，在一些实施例中，该汽车充电盒包括：电流采集电路10，用于采集汽车充电盒输出侧的电流信号，将所述电流信号转换为较低电流信号，并将所述较低电流信号变换为电压信号；滤波电路20，与电流采集电路连接，用于对所述电压信号进行滤波；运算放大电路30，与滤波电路的输出侧连接，用于将滤波后的电压信号的负半周期信号进行放大及反向，且使正半周期信号保持不变；主控电路40，与运算放大电路的输出侧连接，用于采用AD采集离散化方式获得负半周期信号放大及反向后的电压信号的波形，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值。电流采集电路10可按比例将采集的电流信号转换为较低电流信号，例如采用2000:1的比值，若采集的电流为2A，那么转换后的电流为1mA，转为为较低电流信号是为了使运算放大电路30放大后的电压信号能在主控电路40采集的范围内。

本实用新型具体实施例提供的汽车充电盒通过采集汽车充电盒输出侧的电流信号，将所述电流信号转换为较低电流信号，并将所述较低电流信号变换为电压信号，对所述电压信号进行滤波及放大，最后采用AD采集离散化方式获得放大后的电压信号的波形，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值，在控制汽车充电盒成本的前提下能准确测量出非正弦波的电流有效值。

图2是本实用新型具体实施方式中提供的一种汽车充电盒的电路图，如图2所示，在一些优选的实施例中，电流采集电路10包括一电流变换器A1和一电阻R1，电流变换器A1感应电流输出侧的正极连接电阻R1的一端，电流变换器A1感应电流输出侧的负极连接电阻R1的另一端及接地，电路变换器A1将采集的大电流信号转换成小电流信号，小电流信号通过电阻R1变换成电压信号，电路变换器A1采集的电流信号为模拟信号。在一些实施例中，电流变换器A1的型号为SCT2021A，如图2所示，电流变换器A1的第1引脚和第2引脚分别连接电流变换器A1感应电流输出侧的正极和负极，电流变换器A1的第1管脚连接电阻R1的一端，电流变换器A1的第2管脚连接电阻R1的另一端和接地。

如图2所示，在一些优选的实施例中，滤波电路20包括一滤波电容C1，所述滤波电容C1的一端连接于电流采集电路10的输出侧，如图2所示，滤波电容C1的一端连接电阻R1的一端，滤波电容C1的另一端接地，滤波电容C1对电流采集电路10得到的电压信号进行滤波，得到更稳定的电压信号。

如图2所示，在一些优选的实施例中，运算放大电路30包括电阻R2、电阻R3、运算放大器U1、双共阴极二极管D1、和电容C2，电阻R2的一端连接滤波电路的输出侧(即连接电容C1的一端)，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的负极和电阻R3的一端，运算放大器U1的正极接地，运算放大器U1的输出侧连接双共阴极二极管D1的两个正极，双共阴极二极管D1的共阴极连接电阻R3另一端和电容C2的一端，电容C2的另一端接地。电阻R2与电阻R3对电压信号起到配合放大和反向的作用；双共阴极二极管D1对通过的电压信号起到峰值保持作用，将截至运算放大器U1输出的负电压信号，迫使运算放大器U1对正半周期电压信号基本失去作用，信号通过电阻R2与电阻R3直接传递；电容C2对放大后的电压信号进行滤波，使电压信号更稳定地输入到MCU U2中。在一些实施例中，运算放大器U1的型号为LM2902D，双共阴极二极管D1的型号为BAV70LT1G，对应的运算放大器U1的输出侧连接双共阴极二极管D1的第1管脚(一正极)和第2管脚(另一正极)，双共阴极二极管D1的第3管脚(共阴极)连接电阻R3另一端和电容C2的一端，运算放大器U1对电压信号的负半周期信号进行放大及反向，并配合双共阴极二极管D1使正版周期信号不经过运算放大器U1，而对负半周期信号进行的放大为1:1的放大。

如图1所示，在一些优选的实施例中，本实用新型实施例提供的汽车充电盒还包括一钳位电路50，与运算放大电路30的输出侧连接，用于限制运算放大电路30输入到MCU U2的模数转换引脚的电平以保护主控电路，防止电路电压突然升高对主控电路40中的MCU U2的模数转换引脚造成烧坏。如图2所示，在一些优选的实施例中，钳位电路50包括一钳位二极管D2，钳位二极管D2的共极连接所述运算放大电路的输出侧，钳位二极管D2的阳极接地，钳位二极管D2的阴极连接+3.3V电源。在一些实施例中，钳位二极管D2的型号为BAV99LT1G，钳位二极管D2的共极对应为第3管脚，钳位二极管D2的阳极对应为第1管脚，钳位二极管D2的阴极对应为第2管脚。

如图2所示，在一些优选的实施例中，主控电路40包括一MCU U2，MCU U2的模数转换引脚连接所述运算放大电路的输出侧(即双共阴极二极管D1的共阴极)，以获取负半周期信号放大及反向后的电压信号，因为MCU U2只能获取0～3.3V的电压信号，因此需要将电压信号的负半周期进行放大。在一些实施例中，MCU U2的型号为STM32F030C8T6，MCU U2的模数转换引脚为第15管脚，STM32F030C8T6芯片通过AD采集离散化方式获取放大后的电压信号的波形，通过积分换算得到汽车充电盒的电流有效值。

如图2所示，在一些优选的实施例中，主控电路40还包括一AD基准电压隔离子电路401；所述AD基准电压隔离子电路401包括电容C6、C7、C8、C9和C10，电阻R6和R7；所述电阻R6的一端、电容C9的一端和电容C10的一端通过一电阻R5连接MCU U2的AD基准电压正极引脚(对应为第9管脚)，电阻R6的另一端连接+3.3V电源、电容C6的一端、电容C7的一端和电容C8的一端，电容C9的另一端、电容C10的另一端和电阻R7的一端连接MCU U2的AD基准电压负极引脚(对应为第8管脚)，电阻R7的另一端连接电容C8的另一端。作为一个优选的实施例，电容C6、C7、和C8均为0.1μF，电容C9为0.01μF，电容C9为1μF，电阻R6和R7均为0Ω，起到隔离作用。

如图2所示，在一些优选的实施例中，所述主控电路40还包括一程序调试子电路402，所述程序调试子电路402包括一程序调试接口P1、电阻R8和电阻R9，所述程序调试接口P1的接地引脚接地，程序调试接口P1的脉冲引脚连接MCU U2的脉冲引脚及电阻R8的一端，程序调试接口P1的数据引脚连接MCU U2的数据引脚和电阻R9的一端，电阻R9的另一端和程序调试接口P1的电源引脚连接+3.3V电源，电阻R8的另一端接地。作为一个优选的实施例，电阻R8为0Ω，电阻R9为一上拉电阻，电阻R9的阻值可根据具体情况选取。通过程序调试接口P1用户可以对MCU U2进行烧写积分运算程序。

如图2所示，在一些优选的实施例中，主控电路40还包括一脉冲子电路403、电阻R4、和电容C5，脉冲子电路包括有一晶体振荡器Y1、电容C3和电容C4，晶体振荡器Y1的一端(第1管脚)连接电容C3的一端和MCU U2的晶振引脚(第5管脚)，晶体振荡器Y1的另一端(第2管脚)连接电容C4的一端和MCU U2的另一晶振引脚(第6管脚)，电容C3的另一端和电容C4的另一端接地。作为一个优选的实施例，晶体振荡器Y1的频率为8M，脉冲子电路403为MCU U2提供脉冲，以保证MCU U2正常工作。电阻R4的一端连接MCU U2的启动引脚(第44管脚，即BOOT0引脚)，电阻R4的另一端接地，电阻R4为1KΩ，用于使MCU U2的BOOT0引脚处于低电平。电容C5的一端接MCU U2的NRST复位引脚(第7管脚)，电容C5的另一端接地，电容C5为0.1μF，用于使MCU U2的NRST复位引脚处于高电平。此外，为保证MCU U2正常工作，MCU U2的电源引脚(第1管脚、第24管脚和第48管脚)均接+3.3V电源；MCU U2的接地引脚(第23管脚、和第47管脚)均接地。

本实用新型实施例还提供了一种汽车充电盒电流有效值测量方法，如图3所示，其是本实用新型具体实施例提供的一种汽车充电盒电流有效值测量方法的方法流程图，该汽车充电盒电流有效值测量方法包括步骤S101～步骤S104，具体内容如下：

步骤S101：利用电流变换器采集汽车充电盒输出侧的电流信号，将所述电流信号转换为较低电流信号，并将所述较低电流信号变换为电压信号。

步骤S102：对所述电压信号进行滤波。

步骤S103：对滤波后的的负半周期信号进行放大及反向，且使正半周期信号保持不变。

步骤S104：采用AD采集离散化方式获得负半周期信号放大及反向后的电压信号的波形，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值。

电流信号的波形是线性的，其有效值计算对应的公式为：而MCU U2因为AD采集频率有限，所以采集的数据是离散的，线性波形通过AD采集离散化会得到离散的数据，将离散数据描点出来可以大致还原电流波形。电流有效值也称方均根植或均方根植，它的计算方法是先平分、再平均、然后开方，因此我们讲周期离散数据平方求和再开方即可计算得到电流有效值x_rms，

在一些优选的实施例中，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值具体包括：

A1：中断采集电流AD值，并存入数组；

A2：判断所述AD值个数是否为预置周期个数，若否返回执行步骤A1；若是继续执行步骤A3；

A3：对所述AD值进行平滑滤波；

A4：查找平滑滤波后的AD值中的极大值，在所述极大值两边搜索极小值；

A5：对两个极小值之间的AD值平方求和，对AD值的平方和数据开放，进行系数换算得到电流有效值；

A6：将数组右边极小值之后的数值移到最前并获得新数组的AD值个数，返回执行步骤A2。

本实用新型实施例通过将采集汽车充电盒输出侧的电流信号变换为电压信号，对所述电压信号进行滤波及放大，最后采用AD采集离散化方式获得放大后的电压信号的波形，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值，本实用新型提供的汽车充电盒在控制汽车充电盒成本的前提下能准确测量出非正弦波的电流有效值。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种汽车充电盒，其特征在于，所述汽车充电盒包括：

电流采集电路，用于采集汽车充电盒输出侧的电流信号，将所述电流信号转换为较低电流信号，并将所述较低电流信号变换为电压信号；

滤波电路，与电流采集电路连接，用于对所述电压信号进行滤波；

运算放大电路，与滤波电路的输出侧连接，用于将滤波后的电压信号的负半周期信号进行放大及反向，且使正半周期信号保持不变；

主控电路，与运算放大电路的输出侧连接，用于采用AD采集离散化方式获得负半周期信号放大及反向后的电压信号的波形，对所述波形进行积分运算得到汽车充电盒电流的有效值。

2.根据权利要求1所述的汽车充电盒，其特征在于，所述电流采集电路包括一电流变换器A1和一电阻R1，电流变换器A1感应电流输出侧的正极连接电阻R1的一端，电流变换器A1感应电流输出侧的负极连接电阻R1的另一端及接地。

3.根据权利要求1所述的汽车充电盒，其特征在于，所述运算放大电路包括电阻R2、电阻R3、运算放大器U1、双共阴极二极管D1、和电容C2，电阻R2的一端连接滤波电路的输出侧，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的负极和电阻R3的一端，运算放大器U1的正极接地，运算放大器U1的输出侧连接双共阴极二极管D1的两个正极，双共阴极二极管D1的共阴极连接电阻R3另一端和电容C2的一端，电容C2的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的汽车充电盒，其特征在于，所述主控电路包括一MCU U2，所述MCU U2的模数转换引脚连接所述运算放大电路的输出侧，以获取负半周期信号放大及反向后的电压信号。

5.根据权利要求4所述的汽车充电盒，其特征在于，所述汽车充电盒还包括一钳位电路，与运算放大电路的输出侧连接，用于限制运算放大电路输入到MCU U2的模数转换引脚的电平以保护主控电路。

6.根据权利要求5所述的汽车充电盒，其特征在于，所述钳位电路包括一钳位二极管D2，钳位二极管D2的共极连接所述运算放大电路的输出侧，钳位二极管D2的阳极接地，钳位二极管D2的阴极连接+3.3V电源。

7.根据权利要求1所述的汽车充电盒，其特征在于，所述滤波电路包括一滤波电容C1，所述滤波电容C1连接于电流采集电路的输出侧。

8.根据权利要求4所述的汽车充电盒，其特征在于，所述MCU U2的型号为STM32F030C8T6。

9.根据权利要求4所述的汽车充电盒，其特征在于，所述主控电路还包括一AD基准电压隔离子电路；所述AD基准电压隔离子电路包括电容C6、C7、C8、C9和C10，电阻R6和R7；所述电阻R6的一端、电容C9的一端和电容C10的一端通过一电阻R5连接MCU U2的AD基准电压正极引脚，电阻R6的另一端连接+3.3V电源、电容C6的一端、电容C7的一端和电容C8的一端，电容C9的另一端、电容C10的另一端和电阻R7的一端连接MCU U2的AD基准电压负极引脚，电阻R7的另一端连接电容C8的另一端；

所述主控电路还包括一程序调试子电路，所述程序调试子电路包括一程序调试接口P1、电阻R8和电阻R9，所述程序调试接口P1的接地引脚接地，程序调试接口P1的脉冲引脚连接MCU U2的脉冲引脚及电阻R8的一端，程序调试接口P1的数据引脚连接MCU U2的数据引脚和电阻R9的一端，电阻R9的另一端和程序调试接口P1的电源引脚连接+3.3V电源，电阻R8的另一端接地。