CN208270647U - 用于交流充电桩控制导引的功率检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，包括：PWM产生电路，用于提供交流充电桩在输出不同功率时需检测的PWM方波；PWM检测电路，与所述PWM产生电路连接，用于接收所述PWM方波，并利用所述PWM方波对所述交流充电桩进行最大可用电流值的检测，以适应与其匹配连接的不同电动汽车对功率的需求。采用本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，能够在检测前端避免干扰，使得输入的检测信号符合相关标准要求，并且在检测过程中还对输入电动汽车端的信号检测，避免车与桩不匹配的问题。

Description

用于交流充电桩控制导引的功率检测电路

技术领域

本实用新型属于交流充电桩设备技术领域，具体涉及一种用于交流充电桩控制导引的功率检测电路。

背景技术

随着国家对新能源电动汽车推广和实现城区里每公里覆盖电动汽车充电站点，电动汽车充电设备迎来巨大的市场需求。同时，交流充电桩存在成本低，安全性能高等优点。

为了解决上述的市场需求，根据国家标准GB/T 18487.1-2015要求提供了一种交流充电控制器，所述交流充电控制器应用在交流充电桩内检测和控制硬件设备。但是，在具体的应用过程中，不同的电动汽车充电时要求的功率不同，也就使得单台交流充电桩需要满足多种功率输出，因此，需要对输出过程中的功率进行检测。

虽然市面上也存在相关产品，但是普遍存在以下问题：

1、在检测前端，由于没有隔绝车辆与外部系统,并且交流充电桩使用环境的苛刻、防护程度的严密,从而使得外部干扰影响整个检测系统的运行,即车或桩有任何一方出现故障,都会影响另外一方的运行使用；

2、检测中的输入信号，由于没有考虑上升沿时间，使得传输的质量、带载能力以及抗干扰能力、防静电能力都较差，从而影响检测质量；

3、检测过程中，通常只是对充电桩输出的信号进行检测，没有对该信号输出后到电动汽车一端的检测，极易产生车与桩不匹配的问题；

4、检测不符合电动汽车传导充电系统的通用标准。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于：提供一种用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，能够在检测前端避免干扰，使得输入的检测信号符合相关标准要求，并且在检测过程中还对输入电动汽车端的信号检测，避免车与桩不匹配的问题。

为实现上述目的，本实用新型按以下技术方案予以实现的：

本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，包括：

PWM产生电路，用于提供交流充电桩在输出不同功率时需检测的PWM方波；

PWM检测电路，与所述PWM产生电路连接，用于接收所述PWM方波，并利用所述PWM方波对所述交流充电桩进行最大可用电流值的检测，以适应与其匹配连接的不同电动汽车对功率的需求。

进一步地，所述PWM产生电路包括顺次三极管控制电路、光耦隔离输出电路、电压比较电路和推挽电路；经由单片机提供电平稳定、不同振幅占空比的原始PWM方波，所述PWM方波由所述三极管控制电路放大，输送至所述光耦隔离输出电路进行电平翻转，翻转后的电平通过所述电压比较电路与参考电压进行比较，以将符合要求的电平输送至所述推挽电路，所述推挽电路将所述符合要求的电平进行各自正负半周的放大，并合成为完整的电平信号，发送至所述PWM检测电路。

进一步地，所述三极管控制电路包括三极管Q2、上拉电阻R1、用于驱动所述三极管Q2的电阻R2和作为所述三极管Q2的负载电阻R6；所述上拉电阻R1和电阻R2的一端均接入原始PWM方波，上拉电阻R1的另一端接入电源端VDD，电阻R2的另一端与所述三极管Q2的基极连接，使所述三极管Q2工作在放大状态；所述负载电阻R6与所述三极管Q2的集电极连接，用于固定所述三极管Q2的常态电平。

进一步地，所述光耦隔离输出电路包括光电耦合芯片U1、限流电阻R3、电阻R7和电阻R23；所述限流电阻R3的一端与所述三极管Q2的集电极连接，另一端与所述电阻R7的一端并联接入所述光电耦合芯片U1；所述电阻R7的另一端与所述光电耦合芯片U1内的二极管的负极C连接，并且接地，用于加速所述光电耦合芯片U1驱动端电平的翻转；所述光电耦合芯片U1的输出端连接有上拉电压，以保证其处于常态电压；所述电阻R23的一端连接所述上拉电压，另一端接入所述电压比较电路，用于固定光耦输出初始化电平。

进一步地，所述电压比较电路包括比较器U2A、滤波电容C1、电阻R4和端接电阻R8；所述比较器U2A的输入端经由端接电阻R8接入所述光电耦合芯片U1输出的翻转电平，与参考电压进行比较，以将符合要求的电平输送至所述推挽电路；所述比较器U2A的输出端与所述滤波电容C1的一端和电阻R4的一端连接，所述滤波电容C1的另一端接保护地，所述电阻R4的另一端接所述上拉电压。

进一步地，所述推挽电路的末端还连接有EMI滤波电路，用于防干扰。

进一步地，所述PWM检测电路包括顺次连接的分压电路、信号调理电路、光耦隔离输入电路和单片机PWM检测电路；所述推挽电路合成的电平信号经所述分压电路按照预设比例分为不同振幅的电平方波，所述电平方波均输入所述信号调理电路，使得电平方波变为平滑无抖动的电平方波，再输入所述光耦隔离输入电路进行线性放大，输入所述单片机PWM检测电路的检测端口完成最大可用电流值的检测。

进一步地，所述信号调理电路由运算放大器减法电路组成。

进一步地，所述分压电路和信号调理电路之间、信号调理电路和光耦隔离输入电路之间均连接有电压跟随器，用于使得输入信号调理电路的阻抗无穷大。

进一步地，所述光耦隔离输入电路包括顺次连接的双路运算放大器U7B、线性光耦隔离芯片U4和三极管U3A；所述光耦隔离输入电路包括顺次连接的双路运算放大器U7B、线性光耦隔离芯片U4和三极管U3A；其中，双路运算放大器U7B的正极输入端通过端接电阻R19接入，负极输入端通过电阻R11接入保护地，并且并联电容C3，然后通过分压限流电阻R16与所述线性光耦隔离芯片U4连接；所述三极管U3A的输出端通过RC并联电路进行滤波处理后，输入单片机PWM检测电路；所述平滑无抖动的电平方波经由所述双路运算放大器U7B、线性光耦隔离芯片U4和三极管U3A进行预设比例的线性放大。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用PWM产生电路提供符合要求的PWM方波，然后再由PWM检测电路全程进行检测监控，完成对交流充电桩的最大可用电流值的检测，以判断该交流充电桩输出的功率是否符合待充电的电动汽车的需求。

在以上过程中，由于提供的检测信号—PWM方波考虑了上升沿时间、传输质量、待载能力、抗干扰能力和防静电能力，使得提供的检测信号能够满足交流充电桩的苛刻的使用环境、防护的严密程度，并且隔绝了电动汽车与外部系统,避免外部干扰影响系统的运行,从而使得电动汽车或交流充电桩有任何一方出现故障,都不影响另外一方的运行使用。

同时，PWM检测电路在检测的过程中，严格按照国家标准，同时对电动汽车和交流充电桩进行检测，从而可以有效避免车与桩不匹配的问题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路的系统结构框图；

图2是本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路中的PWM产生电路的前半部分电路原理图

图3是本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路中的PWM产生电路的后半部分电路原理图；

图4是本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路中的PWM检测电路的前半部分电路原理图

图5是本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路中的PWM检测电路的后半部分电路原理图。

图中：

1：PWM产生电路

11、三极管控制电路 12：光耦隔离输出电路 13：电压比较电路

14：推挽电路 15：EMI滤波电路

2：PWM检测电路

21：分压电路 22：信号调理电路 23：光耦隔离输入电路

24：单片机PWM检测电路 25：电压跟随器

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，包括两大部分，PWM产生电路1和PWM检测电路2。其中，所述PWM产生电路1用于提供交流充电桩在输出不同功率时需检测的PWM方波，所述PWM检测电路2与所述PWM产生电路1连接，用于接收所述PWM方波，并利用所述PWM方波对所述交流充电桩进行最大可用电流值的检测，以适应与其连接的不同电动汽车对于功率的需求。

具体地，所述PWM产生电路1包括顺次连接的三极管控制电路11、光耦隔离输出电路12、电压比较电路13和推挽电路14；经由单片机输出电平稳定、不同振幅占空比的原始PWM方波(本实施例以1K Hz、3.3V振幅的PWM方波为例),如图2所示，电阻R1为PWM端口的上拉电阻，以提高驱动能力并固定上电初始化复位状态,保证端口电平的稳定；所述原始PWM方波经由所述三极管控制电路11放大，输送至所述光耦隔离输出电路12进行电平翻转，翻转后的电平通过所述电压比较电路13与参考电压比较，以将符合要求的电平输送至所述推挽电路14，所述推挽电路14将所述符合要求的电平进行各自正负半周的放大，并合成为完整的电平信号，发送至所述PWM检测电路2。

所述三极管控制电路11包括三极管Q2、上拉电阻R1、用于驱动所述三极管Q2的电阻R2和作为所述三极管Q2的负载电阻R6；所述上拉电阻R1和电阻R2的一端均接入原始PWM方波，上拉电阻R1的另一端接入电源端VDD，增加驱动能力，上电初始化，固定IO口电平为高，电阻R2的另一端与所述三极管Q2的基极连接，使所述三极管Q2工作在放大状态；所述负载电阻R6与所述三极管Q2的集电极连接，用于固定所述三极管Q2的常态电平。传统则是使用GPIO口驱动NPN三极管，基极不接下拉电阻，集电极的电压门限较低，达不到单片机输出的3.3V电平,容易受外部干扰产生抖动或漂浮，防干扰能力较差。

所述光耦隔离输出电路12包括光电耦合芯片U1、限流电阻R3、电阻R7和电阻R23；所述限流电阻R3的一端与所述三极管Q2的集电极连接，另一端与所述电阻R7的一端并联接入所述光电耦合芯片U1；所述电阻R7的另一端与所述光电耦合芯片U1内的二极管的负极C连接，并且接地，用于加速所述光电耦合芯片U1驱动端电平的翻转；所述光电耦合芯片U1的输出端连接有上拉电压5V，以保证其处于常态电压5V；所述电阻R23的一端连接所述上拉电压，另一端接入所述电压比较电路，用于固定光耦输出初始化电平。传统方法中，信号输出不采用高速光耦，无法将系统与外部完全隔离开来，一旦外部信号过压过流或干扰进入系统，极易损毁；或者在高速光耦驱动端不考虑二极管放电或反转，从而影响光耦开关速度及波形质量。

如图3所示，所述电压比较电路13包括比较器U2A、滤波电容C1、电阻R4和端接电阻R8；所述比较器U2A为双电源供电，其输入端经由增加输入阻抗的端接电阻R8接入所述光电耦合芯片U1输出的翻转电平，与参考电压3.3V进行比较，以将符合要求的电平输送至所述推挽电路14；所述比较器U2A的输出端与所述滤波电容C1的一端和电阻R4的一端连接，所述滤波电容C1的另一端接保护地，所述电阻R4的另一端接上拉电压12V。传统方法中，由于信号不考虑信号的上升时间，国标要求2ns上升时间，此处增加比较器U2A(LM393)，可以有效的达到2ns内上升时间，使信号检测精度更高更快。

所述推挽电路14由PNP三极管Q1和NPN三极管Q2组成,输出+12V/-12V方波，并且PNP三极管Q1的发射极通过电阻R5输出；NPN三极管Q2的发射极通过电阻R9输出；其中电阻R5和电阻R9均为射极电阻，用于限流；电阻R9为接地电阻，固定三极管输出初始化电平。

所述推挽电路14的末端还连接有EMI滤波电路15，用于防干扰，由L1,L2组成EMI防干扰电路,ESD1为静电管。传统方法中，EMI滤波电路只加一个共模电感或者一个电感，不能完全隔绝外部干扰因素，EMI防护性能较差。此处使用共模电感C2加滤波电感的形式，可有效的抑制外部EMI因素。

如图4和图5所示，所述PWM检测电路2包括顺次连接的分压电路21、信号调理电路22、光耦隔离输入电路23和单片机PWM检测电路24；所述推挽电路14合成的电平信号经所述分压电路21按照预设比例分为不同振幅的电平方波，所述电平方波均输入所述信号调理电路22，使得电平方波变为平滑无抖动的电平方波，再输入所述光耦隔离输入电路23进行线性放大，输入所述单片机PWM检测电路24的检测端口完成最大可用电流值的检测。

其中，所述分压电路21Vout产生的1K Hz、+12V/-12V方波，经过电阻R10、R13、R20组成的分压电路，将+12V/-12V振幅方波按照1:7的比例，分成1K Hz、+1.5V/-1.5V方波。与传统相比：大电阻分压电路，使电路损耗功率降到极低，不影响信号传输。

所述信号调理电路22由运算放大器减法电路组成，由U5B“5”脚0.75V电压作为基准电压，“6”脚作为负反馈检测，将1K Hz、+1.5V/-1.5V方波变成1K Hz、+3.3V/0V方波，并输入到高阻抗隔离芯片U7A“3”脚，提高信号质量，Vadc＝2*0.75-Vcp/8，其中Vadc为输入单片机的检测电平；Vcp为CP点信号电平。与传统相比：传统单片机无法检测-1.5V负电压，因负电压无法直接进入单片机，一般都加二极管隔掉，但是使正电压信号产生二极管压降，不利于信号传输与检测。

所述光耦隔离输入电路23包括顺次连接的双路运算放大器U7B、线性光耦隔离芯片U4和三极管U3A；所述光耦隔离输入电路包括顺次连接的双路运算放大器U7B、线性光耦隔离芯片U4和三极管U3A；其中，双路运算放大器U7B的正极输入端通过增加输入阻抗的端接电阻R19接入，负极输入端通过电阻R11接入保护地，并且并联电容C3，然后通过分压限流电阻R16与所述线性光耦隔离芯片U4连接；所述三极管U3A的输出端通过RC并联电路进行滤波处理后，输入单片机PWM检测电路24；所述平滑无抖动的电平方波经由所述双路运算放大器U7B、线性光耦隔离芯片U4和三极管U3A进行预设比例的线性放大，其具体放大比例为1:1。与传统相比：传统信号输入不采用线性光耦，无法将系统与外部完全隔离开来；或者在线性光耦左右端不考虑信号质量、常态电平或单片机检测能力，经常损耗单片机检测口。

所述分压电路21和信号调理电路22、信号调理电路22和光耦隔离输入电路23之间均还连接有电压跟随器25，用于输入信号调理电路的阻抗无穷大。所述分压电路21产生的1K Hz、+1.5V/-1.5V方波，经过R17电阻，输入到U5A电压跟随器“3”脚。与传统相比：传统电路不考虑信号带载能力或衰减，此处增加电压跟随器25，使输入阻抗无穷大，隔离前后端电路影响，后端检测电路不受前端电路影响。

所述单片机PWM检测电路24接收U3A的“1”脚产生的信号，通过运放U3A的前端和后端的接地电阻R14和R15，保证ADC信号初始状态为“0”，同时经钳位二极管D2输入到单片机PWM检测端口。与传统相比：传统不处理直接进入单片机，但是由于单片机系统上电的一瞬间，系统检测脚与外部输入脚存在电压差异，甚至超过单片允许的3.6V极限电压，极易造成单片机损毁；此处加钳位二极管D2，可有效的限制进入单片机的信号幅度，使其无法高于3.3V，保证单片机安全。

以上是对本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路的具体结合和原理的说明，对于其优势，具体如下：

一、PWM产生电路1充分考虑到交流桩苛刻的使用环境,防护的严密程度,隔绝车辆与外部系统,避免外部干扰影响系统运行,即使车或桩有任何一方出现故障,都不影响另外一方的运行使用；

二、PWM产生电路1充分考虑信号的上升沿时间,传输质量,带载能力,抗干扰能力,防静电能力；

三、PWM检测电路2，市面上多数交流桩只管PWM产生,而不管PWM信号到车一端的检测,极易产生车与桩不匹配；

四、PWM检测电路2多数以利用二极管单相导通性去掉-12V电平检测,不符合国家车辆标准。

本实用新型所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路其它结构参见现有技术，在此不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，故凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于，包括：

PWM产生电路，用于提供交流充电桩在输出不同功率时需检测的PWM方波；

PWM检测电路，与所述PWM产生电路连接，用于接收所述PWM方波，并利用所述PWM方波对所述交流充电桩进行最大可用电流值的检测，以适应与其匹配连接的不同电动汽车对功率的需求。

2.根据权利要求1所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述PWM产生电路包括顺次连接的三极管控制电路、光耦隔离输出电路、电压比较电路和推挽电路；

经由单片机提供电平稳定、不同振幅占空比的原始PWM方波，所述PWM方波由所述三极管控制电路放大，输送至所述光耦隔离输出电路进行电平翻转，翻转后的电平通过所述电压比较电路与参考电压进行比较，以将符合要求的电平输送至所述推挽电路，所述推挽电路将所述符合要求的电平进行各自正负半周的放大，并合成为完整的电平信号，发送至所述PWM检测电路。

3.根据权利要求2所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述三极管控制电路包括三极管Q2、上拉电阻R1、用于驱动所述三极管Q2的电阻R2和作为所述三极管Q2的负载电阻R6；

所述上拉电阻R1和电阻R2的一端均接入原始PWM方波，上拉电阻R1的另一端接入电源端VDD，电阻R2的另一端与所述三极管Q2的基极连接，使所述三极管Q2工作在放大状态；

所述负载电阻R6与所述三极管Q2的集电极连接，用于固定所述三极管Q2的常态电平。

4.根据权利要求3所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述光耦隔离输出电路包括光电耦合芯片U1、限流电阻R3、电阻R7和电阻R23；

所述限流电阻R3的一端与所述三极管Q2的集电极连接，另一端与所述电阻R7的一端并联接入所述光电耦合芯片U1；

所述电阻R7的另一端与所述光电耦合芯片U1内的二极管的负极C连接，并且接地，用于加速所述光电耦合芯片U1驱动端电平的翻转；

所述光电耦合芯片U1的输出端连接有上拉电压，以保证其处于常态电压；

所述电阻R23的一端连接所述上拉电压，另一端接入所述电压比较电路，用于固定光耦输出初始化电平。

5.根据权利要求4所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述电压比较电路包括比较器U2A、滤波电容C1、电阻R4和端接电阻R8；

所述比较器U2A的输入端经由端接电阻R8接入所述光电耦合芯片U1输出的翻转电平，与参考电压进行比较，以将符合要求的电平输送至所述推挽电路；

所述比较器U2A的输出端与所述滤波电容C1的一端和电阻R4的一端连接，所述滤波电容C1的另一端接保护地，所述电阻R4的另一端接所述上拉电压。

6.根据权利要求2所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述推挽电路的末端还连接有EMI滤波电路，用于防干扰。

7.根据权利要求2所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述PWM检测电路包括顺次连接的分压电路、信号调理电路、光耦隔离输入电路和单片机PWM检测电路；

所述推挽电路合成的电平信号经所述分压电路按照预设比例分为不同振幅的电平方波，所述电平方波均输入所述信号调理电路，使得电平方波变为平滑无抖动的电平方波，再输入所述光耦隔离输入电路进行线性放大，输入所述单片机PWM检测电路的检测端口完成最大可用电流值的检测。

8.根据权利要求7所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述信号调理电路由运算放大器减法电路组成。

9.根据权利要求7所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述分压电路和信号调理电路之间、信号调理电路和光耦隔离输入电路之间均连接有电压跟随器，用于使得输入信号调理电路的阻抗无穷大。

10.根据权利要求7所述的用于交流充电桩控制导引的功率检测电路，其特征在于：

所述光耦隔离输入电路包括顺次连接的双路运算放大器U7B、线性光耦隔离芯片U4和三极管U3A；

其中，双路运算放大器U7B的正极输入端通过端接电阻R19接入，负极输入端通过电阻R11接入保护地，并且并联电容C3，然后通过分压限流电阻R16与所述线性光耦隔离芯片U4连接；

所述三极管U3A的输出端通过RC并联电路进行滤波处理后，输入单片机PWM检测电路；

所述平滑无抖动的电平方波经由所述双路运算放大器U7B、线性光耦隔离芯片U4和三极管U3A进行预设比例的线性放大。