CN207496482U - 一种高稳定性直流充电桩控制导引电路 - Google Patents

一种高稳定性直流充电桩控制导引电路 Download PDF

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栾磊
唐超
赵娜
丁建
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Abstract

本实用新型公开了一种高稳定性直流充电桩控制导引电路，其包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14，TVS二极管Z1，光电耦合U2、U3、U4,电压比较器U1A、U1B，自恢复保险丝FUSE1，三极管Q1，电源模块P1，端子J1；本实用新型实现了电动汽车和充电枪连接状态的检测功能。采用电压比较器判断电平信号，光电耦合把输入的信号和CPU系统隔离，具有良好的电绝缘性与抗干扰能力，信号检测电路不容易损坏。使用TVS二极管和自恢复保险丝提高了电路的健壮性。

Description

一种高稳定性直流充电桩控制导引电路
技术领域
本实用新型涉及电动汽车充电技术，尤其是涉及一种高稳定性直流充电桩控制导引电路。
背景技术
能源耗竭、短缺、生态环境污染已经使人类感到了危机，且面临者严峻挑战，所以发展绿色能源势在必行。特别是最近几年，发展电动汽车技术，倡导绿色出行，实现交通能源全面转型，已成为全球交通行业中的趋势。在我国政府的大力推动支持下，电动汽车已经取得了一定的成绩，当然也被国务院确定为战略性新兴产业。现今根据国家颁布的充电标准，直流充电桩中的充电控制导引可谓是充电桩的重要技术，而国内大型电动乘用车一般采用直流快充，控制导引功能在供电设备侧，所以设计一种符合国标的充电控制导引电路尤为重要。
控制导引是指电动车辆与充电设备之间通过充电控制导引电路进行充电连接确认，通过不同的电压信号确认充电枪和车辆的连接情况，并在整个充电过程中不间断进行连接状况的实时判断，作为电动汽车直流快充接口可靠连接和安全充电的保障。同时提高了充电设备使用的安全性，也为电动车辆与未来智能电网结合，实现有序充电和电网互动提供了基础。
虽然控制导引电路原理比较简单，但设计不合理容易造成元件意外损坏。
发明内容
本实用新型针对现有技术中的不足，目的是提供一种高稳定性直流充电桩控制导引电路，适用于直流非车载充电机场合，且精确性高、可靠性好。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种高稳定性直流充电桩控制导引电路，其特征在于：包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14，TVS二极管Z1，光电耦合U2、U3、U4, 电压比较器U1A、U1B，自恢复保险丝FUSE1，三极管Q1，电源模块P1，端子J1；该电路连接关系为：电阻R2的1脚、电阻R4的1脚、电压比较器U1A的4脚、电压比较器U1B的4脚、三极管Q1的2脚、TVS二极管Z1的2脚、光电耦合U2的2脚、光电耦合U3的2脚、电容C2的2脚、电容C4的2脚、端子J1的2脚、电源模块P1的3脚接隔离接地P_GND；光电耦合U2的3脚、光电耦合U3的3脚、光电耦合U4的3脚接电线接地端GND；电阻R1的2脚、电阻R3的2脚、电阻R5的2脚、电阻R7的1脚、电阻R8的1脚、电阻R11的2脚、电压比较器U1A的8脚、电压比较器U1B的8脚、电容C2的1脚、电容C4的1脚、电源模块P1的4脚接12V电源VDD12V；电阻R12的1脚、电阻R13的1脚、电阻R14的1脚接3.3V电源VCC3.3V；电容C1的2脚、电容C3的2脚、端子J1的3脚、电源模块P1的1脚接辅助电源A+；电容C1的1脚、电容C3的1脚、端子J1的4脚、电源模块P1的2脚接辅助电源A-；自恢复保险丝FUSE1的1脚、端子J1的1脚接检测点CC1；电阻R12的2脚、光电耦合U2的4脚接CPU的GPIO1，电阻R13的2脚、光电耦合U3的4脚接CPU的GPIO2，电阻R14的2脚、光电耦合U4的4脚接CPU的GPIO3，电阻R1的1脚、电阻R2的2脚、芯片U1A的2脚接参考电压VREF1；电阻R3的1脚、电阻R4的2脚、电压比较器U1B的6脚接参考电压VREF2； 电阻R5的1脚、电阻R6的1脚、电压比较器U1A的3脚、电压比较器U1B的5脚、TVS二极管Z1的1脚、自恢复保险丝FUSE1的2脚接到一起；三极管Q1的1脚和电阻R6的2脚接到一起；三极管Q1的3脚和光电耦合U4的2脚接到一起；电阻R7的2脚、电阻R9的2脚、电压比较器U1A的1脚接到一起；电阻R8的2脚、电阻R10的2脚、电压比较器U1B的7脚接到一起；电阻R9的1脚和光电耦合U2的1脚接到一起；电阻R10的1脚和光电耦合U3的1脚接到一起；电阻R11的1脚和光电耦合U4的1脚接到一起。
上述的电容C1=C2=0.1uF，电容C3=C4=10uF、电阻R1=R4=5.1K，电阻R2=15K，电阻R3=6.8K，电阻R6=100K，电阻R7=R8=1.5K，电阻R9=R10=R11=R12=R13=R14=3.9K,R5=1K。
上述的自恢复保险丝FUSE1使用UF110，三极管Q1使用S9013，电压比较器U1A、U1B使用LM293，光电耦合U2、U3、U4使用TLP121，TVS二极管Z1使用SMBJ12CA，隔离电源模块P1使用F1212S-2WR2。
本实用新型具有的有益效果为：
与现有技术相比，本实用新型可靠的实现了电动汽车和充电枪连接状态的检测功能。采用电压比较器LM293进行电平信号的判断，光电耦合TLP121把输入的信号和CPU系统隔离，且具有良好的电绝缘性与抗干扰能力，信号检测电路不容易损坏，更稳定。另外使用了TVS二极管和自恢复保险丝提高了电路的健壮性。本实用新型适合于直流充电桩以及车载充电机，电路结构简单，性能可靠。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型作示意性的说明和解释，并不限于本实用新型的范围。其中，
图1为本实用新型的检测回路的结构图；
图2为本实用新型的参考电压1的结构图；
图3为本实用新型的参考电压2的结构图；
图4为本实用新型的端子J1的结构图；
图5为本实用新型的电源模块P1的结构图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的、效果以及实施例有更加清楚的理解，现结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
如图1-5所示，该直流充电桩控制导引电路，包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14，TVS二极管Z1，光电耦合U2、U3、U4, 电压比较器U1A、U1B，自恢复保险丝FUSE1，三极管Q1，电源模块P1，端子J1；该电路连接关系为：
电阻R2的1脚、电阻R4的1脚、电压比较器U1A的4脚、电压比较器U1B的4脚、三极管Q1的2脚、TVS二极管Z1的2脚、光电耦合U2的2脚、光电耦合U3的2脚、电容C2的2脚、电容C4的2脚、端子J1的2脚、电源模块P1的3脚接隔离接地P_GND；
光电耦合U2的3脚、光电耦合U3的3脚、光电耦合U4的3脚接电线接地端GND；
电阻R1的2脚、电阻R3的2脚、电阻R5的2脚、电阻R7的1脚、电阻R8的1脚、电阻R11的2脚、电压比较器U1A的8脚、电压比较器U1B的8脚、电容C2的1脚、电容C4的1脚、电源模块P1的4脚接12V电源VDD12V；
电阻R12的1脚、电阻R13的1脚、电阻R14的1脚接3.3V电源VCC3.3V；
电容C1的2脚、电容C3的2脚、端子J1的3脚、电源模块P1的1脚接辅助电源A+；
电容C1的1脚、电容C3的1脚、端子J1的4脚、电源模块P1的2脚接辅助电源A-；
自恢复保险丝FUSE1的1脚、端子J1的1脚接检测点CC1；
电阻R12的2脚、光电耦合U2的4脚接CPU的GPIO1，电阻R13的2脚、光电耦合U3的4脚接CPU的GPIO2，电阻R14的2脚、光电耦合U4的4脚接CPU的GPIO3，电阻R1的1脚、电阻R2的2脚、芯片U1A的2脚接参考电压VREF1；
电阻R3的1脚、电阻R4的2脚、电压比较器U1B的6脚接参考电压VREF2；
电阻R5的1脚、电阻R6的1脚、电压比较器U1A的3脚、电压比较器U1B的5脚、TVS二极管Z1的1脚、自恢复保险丝FUSE1的2脚接到一起；
三极管Q1的1脚和电阻R6的2脚接到一起；
三极管Q1的3脚和光电耦合U4的2脚接到一起；
电阻R7的2脚、电阻R9的2脚、电压比较器U1A的1脚接到一起；
电阻R8的2脚、电阻R10的2脚、电压比较器U1B的7脚接到一起；
电阻R9的1脚和光电耦合U2的1脚接到一起；
电阻R10的1脚和光电耦合U3的1脚接到一起；
电阻R11的1脚和光电耦合U4的1脚接到一起。
电容C1=C2=0.1uF，电容C3=C4=10uF、电阻R1=R4=5.1K，电阻R2=15K，电阻R3=6.8K，电阻R6=100K，电阻R7=R8=1.5K， 电阻R9=R10=R11=R12=R13=R14=3.9K,R5=1K。
自恢复保险丝FUSE1使用UF110，三极管Q1使用S9013，电压比较器U1A、U1B使用LM293，光电耦合U2、U3、U4使用TLP121，TVS二极管Z1使用SMBJ12CA，隔离电源模块P1使用F1212S-2WR2。
根据GB/T18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分一般要求》附录B所示的原理，通过判断检测点CC1的电压大小判断充电枪和车辆插座的连接情况。一共有3种情况：⑴、充电枪和车辆插座未连接，此时CC1的电压为12V；⑵、电枪和车辆插座连接好，此时CC1的电压为6V；⑶、整个充电接口完全连接，此时CC1的电压为4V。
为实现检测这3种电压，本发明设计了9V和5V的两个参考电压，并使用两个电压比较器U1A、U1B，比较CC1和参考电压之间的大小关系：⑴、当CC1的电压为12V时，电压比较器U1A和U1B都输出12V，此时电压比较器U1A和U1B分别通过光电耦合U2、U3传递到CPU的GPIO1和GPIO2引脚的逻辑电平都是0；⑵、当CC1的电压为6V时，电压比较器U1A输出0V，电压比较器U1B输出12V，此时电压比较器U1A和U1B分别通过光电耦合U2、U3传递到CPU的GPIO1和GPIO2引脚的逻辑电平分别为1、0；⑶、当CC1的电压为4V时，电压比较器U1A输出0V，电压比较器U1B输出12V，此时电压比较器U1A和U1B分别通过光电耦合U2、U3传递到CPU的GPIO1和GPIO2引脚的逻辑电平分别为1、1。这样CPU通过判断GPIO1和GPIO2的逻辑电平状态就可以判断出CC1的电压大小。另外设计了辅助电源电压VDD12V的检测回路，CC1的电压信号由三极管Q1和光电耦合U4传递到CPU的GPIO3。
可靠性设计：为提高该电路的可靠性，设计了由自恢复保险丝FUSE1和TVS二极管Z1组成的保护电路，当CC1由于某些原因(如静电)，产生比较高的瞬态电压时，由TVS二极管Z1对电压进行钳位，防止损坏电压比较器U1A和U1B；当CC1的过电压持续时间较长时，自恢复保险丝FUSE1动作，避免TVS二极管Z1在大电流下损坏。
电容C1、C2、C3、C4，起到了滤掉高频噪音的作用，为电源的精准度提供了保障。
本实用新型采用了电压比较器U1A、U1B与光电耦合U2、U3、U4相互配合的设计方式，该设计方式不仅能够起到电压信号调理的作用，而且将电动车一侧的电压与充电控制器一侧的控制电压得以分离，使得电绝缘性和抗干扰能力增强，信号检测电路不容易损坏，更稳定。
本实用新型的效果及作用：
(1)本实用新型实现了一种高稳定性直流充电桩控制导引电路。
(2)实现了利用电压信号的实时变化来确定当前充电枪和车辆的连接情况，电路结构简单。
(3)采用了光电耦合U2、U3、U4,做到了两个地线的隔离。使产品寿命得到了保证，而且可以使用单独电源进行调试，提高了生产效率。
(4)使用TVS二极管SMBJ12CA和自恢复保险丝UF110，可有效提高接口抗静电、浪涌的能力，使得电路更加稳定可靠。
本实用新型实现了电动汽车和充电枪连接状态的检测功能。采用电压比较器LM293进行电平信号的判断，光电耦合TLP121把输入的信号和CPU系统隔离，且具有良好的电绝缘性与抗干扰能力。另外使用了TVS二极管和自恢复保险丝提高了电路的健壮性。本实用新型适合于直流充电桩以及车载充电机，电路结构简单，性能可靠。

Claims (3)

1.一种高稳定性直流充电桩控制导引电路，其特征在于：包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14，TVS二极管Z1，光电耦合U2、U3、U4, 电压比较器U1A、U1B，自恢复保险丝FUSE1，三极管Q1，电源模块P1，端子J1；该电路连接关系为：电阻R2的1脚、电阻R4的1脚、电压比较器U1A的4脚、电压比较器U1B的4脚、三极管Q1的2脚、TVS二极管Z1的2脚、光电耦合U2的2脚、光电耦合U3的2脚、电容C2的2脚、电容C4的2脚、端子J1的2脚、电源模块P1的3脚接隔离接地P_GND；光电耦合U2的3脚、光电耦合U3的3脚、光电耦合U4的3脚接电线接地端GND；电阻R1的2脚、电阻R3的2脚、电阻R5的2脚、电阻R7的1脚、电阻R8的1脚、电阻R11的2脚、电压比较器U1A的8脚、电压比较器U1B的8脚、电容C2的1脚、电容C4的1脚、电源模块P1的4脚接12V电源VDD12V；电阻R12的1脚、电阻R13的1脚、电阻R14的1脚接3.3V电源VCC3.3V；电容C1的2脚、电容C3的2脚、端子J1的3脚、电源模块P1的1脚接辅助电源A+；电容C1的1脚、电容C3的1脚、端子J1的4脚、电源模块P1的2脚接辅助电源A-；自恢复保险丝FUSE1的1脚、端子J1的1脚接检测点CC1；电阻R12的2脚、光电耦合U2的4脚接CPU的GPIO1，电阻R13的2脚、光电耦合U3的4脚接CPU的GPIO2，电阻R14的2脚、光电耦合U4的4脚接CPU的GPIO3，电阻R1的1脚、电阻R2的2脚、芯片U1A的2脚接参考电压VREF1；电阻R3的1脚、电阻R4的2脚、电压比较器U1B的6脚接参考电压VREF2； 电阻R5的1脚、电阻R6的1脚、电压比较器U1A的3脚、电压比较器U1B的5脚、TVS二极管Z1的1脚、自恢复保险丝FUSE1的2脚接到一起；三极管Q1的1脚和电阻R6的2脚接到一起；三极管Q1的3脚和光电耦合U4的2脚接到一起；电阻R7的2脚、电阻R9的2脚、电压比较器U1A的1脚接到一起；电阻R8的2脚、电阻R10的2脚、电压比较器U1B的7脚接到一起；电阻R9的1脚和光电耦合U2的1脚接到一起；电阻R10的1脚和光电耦合U3的1脚接到一起；电阻R11的1脚和光电耦合U4的1脚接到一起。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定性直流充电桩控制导引电路，其特征在于：所述的电容C1=C2=0.1uF，电容C3=C4=10uF、电阻R1=R4=5.1K，电阻R2=15K，电阻R3=6.8K，电阻R6=100K，电阻R7=R8=1.5K，电阻R9=R10=R11=R12=R13=R14=3.9K,R5=1K。
3.根据权利要求1所述的一种高稳定性直流充电桩控制导引电路，其特征在于：所述的自恢复保险丝FUSE1使用UF110，三极管Q1使用S9013，电压比较器U1A、U1B使用LM293，光电耦合U2、U3、U4使用TLP121，TVS二极管Z1使用SMBJ12CA，隔离电源模块P1使用F1212S-2WR2。
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