CN208781740U - 一种用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，包括继电器及过零检测灭弧电路，过零检测灭弧电路包括限流电路、隔离互感器T1、电阻网络、差动放大电路、分压电路、单片机U2、驱动电路，市电连接限流电路的一端，限流电路的另一端连接隔离互感器T1的原边，隔离互感器T1的副边连接电阻网络的一端，电阻网络的另一端连接差动放大电路的一端，差动放大电路的另一端连接分压电路的一端，分压电路的另一端连接单片机U2的输入端IN，单片机U2的输出端OUT连接驱动电路的一端，驱动电路的另一端连接继电器，市电通过继电器输出；电阻网络连接有偏置电压VDD，继电器连接有供电电压VCC。电路结构简单，元器件少，电路功耗小，节约成本。

Description

一种用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路

技术领域

本实用新型涉及一种用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路。

背景技术

目前交流充电桩主回路中，采用交流接触器控制主回路通断，与采用继电器控制主回路通断相比，存在以下不足：

（1）价格高，以市面上常用的7KW交流充电桩为例，采用一台40A的交流接触器，其价格是2只40A继电器价格的3-5倍。

（2）交流接触器的接线采用螺钉压接方式接线，接线复杂，且存在工作过程中松动的可能。而继电器采用PCB焊装方式，用PCB板的铜箔完成走线，走线简洁、可靠。

（3）交流接触器无法安装在PCB板上，且交流接触器本身体积大，机内占用空间大。不利于产品小型化设计。

以上不足，有待改进。

实用新型内容

为了克服现有的技术的不足, 本实用新型提供一种用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路。

本实用新型技术方案如下所述：

一种用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，包括继电器及过零检测灭弧电路，过零检测灭弧电路包括限流电路、隔离互感器T1、电阻网络、差动放大电路、分压电路、单片机U2、驱动电路，市电连接所述限流电路的一端，所述限流电路的另一端连接所述隔离互感器T1的原边，所述隔离互感器T1的副边连接所述电阻网络的一端，所述电阻网络的另一端连接所述差动放大电路的一端，所述差动放大电路的另一端连接所述分压电路的一端，所述分压电路的另一端连接所述单片机U2的输入端IN，所述单片机U2的输出端OUT连接所述驱动电路的一端，所述驱动电路的另一端连接所述继电器，市电通过所述继电器输出；

所述电阻网络连接有偏置电压VDD，所述继电器连接有供电电压VCC。

进一步地，所述差动放大电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12及运算放大器U1，

所述电阻网络连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端与运算放大器U1的正极、第十一电阻R11的一端、第十二电阻R12的一端均连接，所述第十一电阻R11的另一端接地；

所述电阻网络连接第十电阻R10的一端，所述第十电阻R10的另一端连接所述运算放大器U1的负极；

所述运算放大器U1的电源端连接有供电电压VCC，所述运算放大器U1的接地端接地；

所述运算放大器U1的输出端、所述第十二电阻R12的另一端均与单片机U2的输入端IN连接。

进一步地，所述第九电阻R9等于所述第十电阻R10，所述第十一电阻R11等于所述第十二电阻R12，所述差动放大电路的放大倍数为所述第十一电阻R11与所述第九电阻R9的比值。

进一步地，所述驱动电路包括第十五电阻R15和三极管Q1，所述单片机U2的输出端OUT连接所述第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器，所述三极管Q1的的发射极接地。

进一步地，所述电阻网络包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8，

所述隔离互感器T1的副边的一端与所述第三电阻R3的一端、所述第五电阻R5的一端均连接，所述五电阻R5的另一端与所述第七电阻R7的一端、所述差动放大电路均连接；

所述隔离互感器T1的副边的另一端与所述第四电阻R4的一端、所述第六电阻R6的一端均连接，所述六电阻R6的另一端与所述第八电阻R8的一端、所述差动放大电路均连接；

所述第七电阻R7的另一端、所述第八电阻R8的另一端均连接有所述偏置电压VDD；

所述第三电阻R3的另一端、所述第四电阻R4的另一端均接地。

进一步地，所述过零检测灭弧电路还包括分压电路，所述分压电路包括第十三电阻R13和第十四电阻R14,所述差动放大电路与所述第十三电阻R13的一端连接，所述第十三电阻R13的另一端、所述第十四电阻R14的一端均与所述单片机U2的输入端IN连接，所述第十四电阻R14的另一端接地。

进一步地，所述过零检测灭弧电路还包括限流电路，所述限流电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，

市电的零线N连接所述连接所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接所述隔离互感器T1的原边的一端；

市电的火线L连接所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接所述隔离互感器T1原边的另一端。

进一步地，所述继电器包括第一继电器RLY1和第二继电器RLY2，所述供电电压VCC与所述第一继电器RLY1的一端、第二继电器RLY2的一端均连接，所述第一继电器RLY1的另一端、第二继电器RLY2的另一端均与所述驱动电路连接，市电的火线L上的第一开关与所述第一继电器RLY1同步工作，市电的零线N上的第二开关与所述第二继电器RLY2同步工作。

根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于：本实用新型的电路结构简单、功耗低、成本低，整个电路元器件较少，电路功耗小，除隔离互感器T1、第一继电器RLY1、第二继电器RLY2体积较大之外，其余元器件都可以使用贴片器件，整个电路体积极小，可以加工成厚膜模块或电路组件，方便器件的安装、焊装，整体上减少了体积，节约了成本，实现了产品的小型化设计。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的方波波形与市电波形图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

请参阅图1至图2，一种用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，包括继电器及过零检测灭弧电路，过零检测灭弧电路包括限流电路、隔离互感器T1、电阻网络、差动放大电路、分压电路、单片机U2、驱动电路，市电连接所述限流电路的一端，所述限流电路的另一端连接所述隔离互感器T1的原边，所述隔离互感器T1的副边连接所述电阻网络的一端，所述电阻网络的另一端连接所述差动放大电路的一端，所述差动放大电路的另一端连接所述分压电路的一端，所述分压电路的另一端连接所述单片机U2的输入端IN，所述单片机U2的输出端OUT连接所述驱动电路的一端，所述驱动电路的另一端连接所述继电器，市电通过所述继电器输出；

所述电阻网络连接有偏置电压VDD，所述继电器连接有供电电压VCC。

优选地，所述差动放大电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12及运算放大器U1，

所述电阻网络连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端与运算放大器U1的正极、第十一电阻R11的一端、第十二电阻R12的一端均连接，所述第十一电阻R11的另一端接地；

所述电阻网络连接第十电阻R10的一端，所述第十电阻R10的另一端连接所述运算放大器U1的负极；

所述运算放大器U1的电源端连接有供电电压VCC，所述运算放大器U1的接地端接地；

所述运算放大器U1的输出端、所述第十二电阻R12的另一端均与单片机U2的输入端IN连接。

优选地，所述第九电阻R9等于所述第十电阻R10，所述第十一电阻R11等于所述第十二电阻R12，所述差动放大电路的放大倍数为所述第十一电阻R11与所述第九电阻R9的比值。

优选地，所述驱动电路包括第十五电阻R15和三极管Q1，所述单片机U2的输出端OUT连接所述第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器，所述三极管Q1的的发射极接地。

优选地，所述电阻网络包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8，

所述隔离互感器T1的副边的一端与所述第三电阻R3的一端、所述第五电阻R5的一端均连接，所述五电阻R5的另一端与所述第七电阻R7的一端、所述差动放大电路均连接；

所述隔离互感器T1的副边的另一端与所述第四电阻R4的一端、所述第六电阻R6的一端均连接，所述六电阻R6的另一端与所述第八电阻R8的一端、所述差动放大电路均连接；

所述第七电阻R7的另一端、所述第八电阻R8的另一端均连接有所述偏置电压VDD；

所述第三电阻R3的另一端、所述第四电阻R4的另一端均接地。

优选地，所述过零检测灭弧电路还包括分压电路，所述分压电路包括第十三电阻R13和第十四电阻R14,所述差动放大电路与所述第十三电阻R13的一端连接，所述第十三电阻R13的另一端、所述第十四电阻R14的一端均与所述单片机U2的输入端IN连接，所述第十四电阻R14的另一端接地。

优选地，所述过零检测灭弧电路还包括限流电路，所述限流电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，

市电的零线N连接所述连接所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接所述隔离互感器T1的原边的一端；

市电的火线L连接所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接所述隔离互感器T1原边的另一端。

优选地，所述继电器包括第一继电器RLY1和第二继电器RLY2，所述供电电压VCC与所述第一继电器RLY1的一端、第二继电器RLY2的一端均连接，所述第一继电器RLY1的另一端、第二继电器RLY2的另一端均与所述驱动电路连接，市电的火线L上的第一开关与所述第一继电器RLY1同步工作，市电的零线N上的第二开关与所述第二继电器RLY2同步工作。

本实施例提供的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路的工作原理如下：

采用过零点切换，即在交流电波形的零点进行继电器的通断控制，由于在交流电的零点，其瞬时电压相当于0V，基本上等同于停电、空载状态，此时的切换，对继电器是非常安全的。

采用隔离互感器T1隔离强电与弱电，再输入到差动放大电路比较，得到与正弦信号同步的方波信号，送到单片机U2，单片机U2捕捉到交流电每个周期内的过零点（方波的上升沿），结合继电器的动作时间，使得继电器触点的实际动作均发生在交流电的零点，保证继电器触点的安全切换，避免继电器触点之间在通断切换时拉弧现象的发生，极大延长继电器的寿命。

市电输入火线L-IN、零线N-IN分别经过经第一电阻R1、第二电阻R2限流之后，进入隔离互感器T1的原边后，隔离互感器T1的副边会产生出交流正弦电流，该电流在第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8组成的电阻网络上产生50Hz的交流正弦波电压，

正弦波电压进入由第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、运算放大器U1组成的差动放大电路中进行放大，其中第九电阻R9等于第十电阻R10，第十一电阻R11等于第十二电阻12，选择合适放大倍数（即合适的第十一电阻R11/第九电阻R9值），在运算放大器U1的输出端可以得到与正弦波正半周对应的同频方波。

运算放大器U1为单电源供电，故在隔离互感器T1的副边的第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第七电阻R8组成的电阻网络上加入了偏置电压VDD，其作用是消除正弦波的副半周，保证单电源供电的差动放大电路的输入信号为正，而不会有负信号进入的运算放大器U1的输入端。

差动放大电路输出的方波，经第十三电阻R13、第十四电阻R14分压后进入单片机U2，经过程序处理后输出驱动继电器的驱动信号，第十五电阻R15、三极管Q1组成驱动第一继电器RLY1、第二继电器RLY2的驱动电路，单片机U2的输出端OUT输出高电平，第一继电器RLY1、第二继电器RLY2吸合，单片机U2的输出端OUT输出低电平，第一继电器RLY1、第二继电器RLY2断开。

单片机U2的程序设计如下：

单片机U2一直在接收交流电每个周期内的过零点（方波的上升沿）,当收到充电机发来的主回路吸合、或断开指令后，单片机U2的输出端OUT在下一个方波上升沿来临前⊿t时间点，发吸合、或断开信号，第一继电器RLY1、第二继电器RLY2将在过零点吸合、或断开继电器的主触点。由于在市电正弦波的过零点吸合、或断开继电器的主触点，可以使得继电器主触点在动作时，没有打火。保证并延长继电器的使用。使电路工作更加可靠。

⊿t为继电器及其驱动电路的动作时间。即：单片机软件检测、程序运算——>单片机U2的输出端OUT发出信号——>继电器线圈得电——>继电器主触点吸合、或断开的时间。不同的继电器，对应的⊿t不相同，可以实测得出。⊿t一般为3-6mS。

寿命结合继电器的动作时间，使得继电器触点的实际动作均发生在交流电的零点。保证继电器触点的安全切换。避免继电器触点之间在通断切换时拉弧现象的发生，极大地延长继电器的寿命。

本实施例提供的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路的有益效果为：本实用新型的电路结构简单、功耗低、成本低，整个电路元器件较少，电路功耗小，除隔离互感器T1、第一继电器RLY1、第二继电器RLY2体积较大之外，其余元器件都可以使用贴片器件，整个电路体积极小，可以加工成厚膜模块或电路组件，方便器件的安装、焊装，整体上减少了体积，节约了成本，实现了产品的小型化设计。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，其特征在于：包括继电器及过零检测灭弧电路，过零检测灭弧电路包括限流电路、隔离互感器T1、电阻网络、差动放大电路、分压电路、单片机U2、驱动电路，市电连接所述限流电路的一端，所述限流电路的另一端连接所述隔离互感器T1的原边，所述隔离互感器T1的副边连接所述电阻网络的一端，所述电阻网络的另一端连接所述差动放大电路的一端，所述差动放大电路的另一端连接所述分压电路的一端，所述分压电路的另一端连接所述单片机U2的输入端IN，所述单片机U2的输出端OUT连接所述驱动电路的一端，所述驱动电路的另一端连接所述继电器，市电通过所述继电器输出；

所述电阻网络连接有偏置电压VDD，所述继电器连接有供电电压VCC。

2.如权利要求1所述的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，其特征在于：所述差动放大电路包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12及运算放大器U1，

所述电阻网络连接第九电阻R9的一端，所述第九电阻R9的另一端与运算放大器U1的正极、第十一电阻R11的一端、第十二电阻R12的一端均连接，所述第十一电阻R11的另一端接地；

所述电阻网络连接第十电阻R10的一端，所述第十电阻R10的另一端连接所述运算放大器U1的负极；

所述运算放大器U1的电源端连接有供电电压VCC，所述运算放大器U1的接地端接地；

所述运算放大器U1的输出端、所述第十二电阻R12的另一端均与单片机U2的输入端IN连接。

3.如权利要求2所述的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，其特征在于：

所述第九电阻R9等于所述第十电阻R10，所述第十一电阻R11等于所述第十二电阻R12，所述差动放大电路的放大倍数为所述第十一电阻R11与所述第九电阻R9的比值。

4.如权利要求1所述的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，其特征在于：

所述驱动电路包括第十五电阻R15和三极管Q1，所述单片机U2的输出端OUT连接所述第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接所述继电器，所述三极管Q1的发射极接地。

5.如权利要求1所述的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，其特征在于：

所述电阻网络包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8，

所述隔离互感器T1的副边的一端与所述第三电阻R3的一端、所述第五电阻R5的一端均连接，所述五电阻R5的另一端与所述第七电阻R7的一端、所述差动放大电路均连接；

所述隔离互感器T1的副边的另一端与所述第四电阻R4的一端、所述第六电阻R6的一端均连接，所述六电阻R6的另一端与所述第八电阻R8的一端、所述差动放大电路均连接；

所述第七电阻R7的另一端、所述第八电阻R8的另一端均连接有所述偏置电压VDD；

所述第三电阻R3的另一端、所述第四电阻R4的另一端均接地。

6.如权利要求1所述的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，其特征在于：

所述过零检测灭弧电路还包括分压电路，所述分压电路包括第十三电阻R13和第十四电阻R14，所述差动放大电路与所述第十三电阻R13的一端连接，所述第十三电阻R13的另一端、所述第十四电阻R14的一端均与所述单片机U2的输入端IN连接，所述第十四电阻R14的另一端接地。

7.如权利要求1所述的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，其特征在于：

所述过零检测灭弧电路还包括限流电路，所述限流电路包括第一电阻R1和第二电阻R2，

市电的零线N连接所述连接所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接所述隔离互感器T1的原边的一端；

市电的火线L连接所述第一电阻R1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接所述隔离互感器T1原边的另一端。

8.如权利要求1所述的用于交流充电桩的继电器及其过零检测灭弧电路，其特征在于：

所述继电器包括第一继电器RLY1和第二继电器RLY2，所述供电电压VCC与所述第一继电器RLY1的一端、第二继电器RLY2的一端均连接，所述第一继电器RLY1的另一端、第二继电器RLY2的另一端均与所述驱动电路连接，市电的火线L上的第一开关与所述第一继电器RLY1同步工作，市电的零线N上的第二开关与所述第二继电器RLY2同步工作。