CN209250321U - 充电桩接口电路及高防护等级的充电桩 - Google Patents

充电桩接口电路及高防护等级的充电桩 Download PDF

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Abstract

本实用新型提出了一种充电桩接口电路及高防护等级的充电桩，包括输入接口浪涌抗扰电路和串行接口保护电路；所述输入接口浪涌抗扰电路的输入端连接充电桩的输入接口；所述输入接口浪涌抗扰电路的输出端连接充电桩的AC/DC电源转换器的输入端；在输入接口与AC/DC电源转换器之间连接输入接口浪涌抗扰电路；所述串行接口保护电路连接充电桩的串口通信电路；利用在充电输入端口设置充电浪涌浪涌抗扰电路，达到给输入电源退耦的作用，利用两级差模防护可以让差模防护的箝位电压更低，后端电路不容易损坏；在充电桩的串口通信电路中设置串行接口保护电路，使得充电桩的通信电路具有静电防护功能。

Description

充电桩接口电路及高防护等级的充电桩
技术领域
本实用新型涉及充电桩技术领域，特别涉及一种充电桩接口电路及高防护等级的充电桩。
背景技术
随着新能源电动汽车的不断普及，作为新能源电动汽车基础配套设施的电动汽车充电桩也越来越普及。充电桩顾名思义即是可以为能够利用新能源电能的电动汽车充电的装置，其可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。很多城市都陆续安装充电桩，依据国家发改委的规划，国家电网预计到2020年，充电桩市场需求总规模将达2000亿元，这给充电桩制造企业带来良好的发展机遇，但产品的质量问题是关键，并且对充电桩的EMC防护有很高的要求；现有的充电桩由于缺少各个接口相应电路的防护，很容易造成输入电流浪涌过高，导致电流浪涌尖峰造成充电桩电量计量结果不准确，显示接口没有隔离防护，导致显示屏充电参数的显示信号受干扰，或者由于通信线路没有特定的防护，造成通信电路损害，管理人员和使用者无法得知充电桩的运行情况，无法做到对充电桩进行及时维护。
实用新型内容
本实用新型的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。
为此，本实用新型的一个目的在于提出一种充电桩接口电路以及具有该充电电路的充电桩，利用在充电输入端口设置充电浪涌浪涌抗扰电路，达到给输入电源退耦的作用，利用两级差模防护可以让差模防护的箝位电压更低，后端电路不容易损坏；在充电桩的串口通信电路中设置串行接口保护电路，使得充电桩的通信电路具有静电防护功能。
为了实现上述目的，本实用新型一方面的实施例提供一种充电桩接口电路，包括输入接口浪涌抗扰电路和串行接口保护电路；所述输入接口浪涌抗扰电路的输入端连接充电桩的输入接口；所述输入接口浪涌抗扰电路的输出端连接充电桩的AC/DC电源转换器的输入端；在输入接口与AC/DC电源转换器之间连接输入接口浪涌抗扰电路；所述串行接口保护电路连接充电桩的串口通信电路；
所述输入接口浪涌抗扰电路包括差模防护单元和和共模防护单元；所述差模防护单元包括第一级差模防护单元和第二级差模防护单元；所述第一级差模防护单元连接充电桩的输入接口；所述第二级差模防护单元连接AC/DC电源转换器输入端；所述共模防护单元的与第一级差模防护单元并联；
所述串行接口保护电路包括第一TVS二极管、第二TVS二极管和第三TVS二极管；所述第一TVS二极管的两端连接充电桩的串口通信接口；所述第二TVS二极管一端连接第一TVS二极管的一端；所述第三TVS二极管的一端连接第一TVS二极管的另一端；所述第二 TVS二极管的另一端和第三TVS二极管的另一端接地。
优选的，所述差模防护单元中第一级差模防护单元采用大通流压敏电阻，所述第二级差模防护单元包括小通流压敏电组和差模电感；所述大通流压敏电阻的两端并联在充电桩的输入接口两端；所述大通流压敏电阻的一端连接差模电感的一端；所述差模电感的另一端连接小通流差模电感的一端；所述大通流压敏电阻的一端同时连接共模防护单元。
进一步，所述共模防护单元包括第三压敏电阻、第四压敏电阻和陶瓷气体放电管；所述第三压敏电阻一端连接大通流压敏电阻的一端；所述第四压敏电阻的一端连接大通流压敏电阻的另一端；所述第三压敏电阻另一端和第四压敏电阻的另一端连接陶瓷气体放电管的一端；所述陶瓷气体放电管的另一端接地。
优选的，还包括显示接口隔离模块；所述显示接口隔离模块的输入端与充电桩的MCU 控制器的显示接口相连接；输出端与充电桩的显示屏相连接。
进一步，所述显示接口隔离模块的型号为TD501D232H。
本实用新型还提供一种高防护等级的充电桩，包括上述充电桩接口电路，还包括MCU 控制器、AC/DC电源转换器、充电继电器、显示屏、DTU数据传输单元；所述输入接口浪涌抗扰电路连接AC/DC电源转换器的输入端，所述AC/DC电源转换器输出端分别连接MCU控制器的供电接口和显示屏的供电接口；所述MCU控制器的输出接口连接充电继电器和DTU 数据传输单元；所述DTU数据传输单元的输出串口连接接口保护电路。
优选的，所述AC/DC电源转换器包括第一AC/DC电源转换器和第二AC/DC电源转换器，所述第一AC/DC电源转换器的型号为LH25-10B12；所述第一AC/DC电源转换器用于将220V 输入电源转换为+12V的直流电；所述第二AC/DC电源转换器的型号为URB2405YMD-6WR3，所述第二AC/DC电源转换器用于将第一AC/DC电源转换器输出的+12V的直流电，转换为+5V 的直流电。
优选的，所述DTU数据传输单元的型号为CM3150P。
优选的，所述MCU控制器选用型号为stm32f103zet6的主控芯片。
根据本实用新型实施例提供给的充电桩接口电路以及具有该接口电路的充电桩，相比于现有的充电桩，至少具有以下优点，首先，利用在充电输入端口设置充电浪涌浪涌抗扰电路，达到给输入电源退耦的作用，利用两级差模防护可以让差模防护的箝位电压更低，后端电路不容易损坏；在充电桩的串口通信电路中设置串行接口保护电路，使得充电桩的通信电路具有静电防护功能。在充电桩的MCU控制器与显示屏连接的显示接口处设置显示接口隔离模块；利用显示接口隔离模块，有效地避免了启动充电时显示屏受到电流尖峰脉冲的干扰。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本实用新型实施例提供的一种充电桩接口电路的输入接口浪涌抗扰电路的电路原理图；
图2为本实用新型实施例提供的一种充电桩接口电路的串行接口保护电路的电路原理图；
图3为本实用新型实施例提供的一种高防护等级的充电桩的电路连接示意图；
图中：1、MCU控制器；2、AC/DC电源转换器；3、继电器；4、显示屏；5、DTU数据传输单元；6、输入接口浪涌抗扰电路；7、串行接口保护电路；
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
如图1所示，本实用新型实施例的供一种充电桩接口电路，包括输入接口浪涌抗扰电路和串行接口保护电路；输入接口浪涌抗扰电路的输入端连接充电桩的输入接口；输入接口浪涌抗扰电路的输出端连接充电桩的AC/DC电源转换器的输入端；在输入接口与AC/DC电源转换器之间连接输入接口浪涌抗扰电路；串行接口保护电路连接充电桩的串口通信电路；
输入接口浪涌抗扰电路包括差模防护单元和和共模防护单元；差模防护单元包括第一级差模防护单元和第二级差模防护单元；第一级差模防护单元连接充电桩的输入接口；第二级差模防护单元连接AC/DC电源转换器输入端；共模防护单元的与第一级差模防护单元并联；
需要说明的是，差模防护单元中第一级差模防护单元采用大通流压敏电阻MOV1，第二级差模防护单元包括小通流压敏电组MOV2和差模电感L1；大通流压敏电阻MOV1的两端并联在充电桩的输入接口两端；大通流压敏电阻MOV1的一端连接差模电感LI的一端；差模电感的另一端连接小通流差模电阻MOV2一端；大通流压敏电阻MOV1的一端同时连接共模防护单元。
其中，共模防护单元包括第三压敏电阻MOV3、第四压敏电阻MOV4和陶瓷气体放电管 GDT1；第三压敏电阻MOV3一端连接大通流压敏电阻MOV1的一端；第四压敏电阻MOV4的一端连接大通流压敏电阻MOV1的另一端；第三压敏电阻MOV3另一端和第四压敏电阻MOV4的另一端连接陶瓷气体放电管GDT1的一端；陶瓷气体放电管GDT1的另一端接地。
压敏电阻MOV1首先对输入接口的电源线路进行一级防护，压敏电组MOV2和差模电感 L1形成LC滤波电路，对输入接口的电源线路进行二级防护，同时利用差模电感L1输入接口的电源线路退耦，利用压敏电阻MOV4和陶瓷气体放电管GDT1对输入接口的电源线路中的接地回路设置共模防护，由于压敏电阻本身较大的寄生电容，导致它有较大的漏电流，而气体放电管漏电流很小，使得系统几乎没有漏电流。没有浪涌瞬变电压时，GDT将MOV 与充电桩输入电源隔开，使得支路漏电流极低。当出现浪涌过压时，由于放电管发电的压降很低，此时放电管放电，干扰过去后又恢复截止状态将压敏电阻与大地隔开，在输入接口实现浪涌防护，防止充电桩的后端电路烧坏。
如图2所示，串行接口保护电路包括第一TVS二极管TVS1、第二TVS二极管TVS2和第三TVS二极管TVS3；TVS1的两端连接充电桩的串口通信接口；TVS2一端连接TVS1的一端；TVS3连接TVS1的另一端；TVS2的另一端和TVS3的另一端接地。
充电桩与电动汽车之间通信方式一般是采用串口通信或者CAN总线通信，由于汽车启动瞬间或者感性负载的开关等原因，会产生一个比较大的尖峰浪涌电压，容易造成通信芯片损坏，因此在通信接口与线路之间加入TVS防护，利用TVS1进行差模防护。在线-地之间各加入了一个TVS管，进行共模防护。TVS二极管同时还具有静电防护功能，因为对于这些外部接口是需要进行静电抗扰度测试的，充电机应能承受GB/T17626.2—2006中第 5章规定的试验等级为3级的静电放电抗扰度试验，接触放电试验电压6KV，空气放电试验电压8KV。
在本实用新型的另一个实施例中，还包括显示接口隔离模块；显示接口隔离模块的输入端与充电桩的MCU控制器的显示接口相连接；输出端与充电桩的显示屏相连接。进一步，显示接口隔离模块的型号为TD501D232H。
如图3所示，需要说明的是，上述充电桩接口电路应用在本实用新型提供的一种高防护等级的充电桩中，该充电桩包括上述充电桩接口电路，还包括MCU控制器1、AC/DC电源转换器2、继电器3、显示屏4、DTU数据传输单元5；输入接口浪涌抗扰电路6连接AC/DC 电源转换器2的输入端，AC/DC电源转换器2输出端分别连接MCU控制器1的供电接口和显示屏4的供电接口；MCU控制器1的输出接口连接继电器3和DTU数据传输单元5；DTU 数据传输单元5的输出串口连接串行接口保护电路7。
优选的，AC/DC电源转换器2设有两个，包括第一AC/DC电源转换器和第二AC/DC电源转换器，第一AC/DC电源转换器的型号为LH25-10B12；第一AC/DC电源转换器用于将220V输入电源转换为+12V的直流电；此电源模块可输出三路电源，输出+12V主要给继电器单元以及电子锁供电，以及给第二AC/DC电源转换器提供输入电压。
第二AC/DC电源转换器的型号为URB2405YMD-6WR3，第二AC/DC电源转换器用于将第一AC/DC电源转换器输出的+12V，转换为+5V的直流电。给MCU控制器以及DTU数据传输单元和小尺寸的显示屏供电。
DTU数据传输单元5的型号为CM3150P。该DTU数据传输单元是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。优选的，MCU控制器选用型号为stm32f103zet6的主控芯片。
本实用新型提供的充电桩，使用时。输入接口将220V交流电通过输入接口浪涌抗扰电路滤除浪涌干扰信号后，输入第一AC/DC电源转换器，第一AC/DC电源转换器将220V交流电转换为+12V直流电，输出+12V主要给继电器单元以及电子锁供电，以及给第二AC/DC电源转换器提供输入电压，第二AC/DC电源转换器将+12V直流电，转换为+5V的直流电。给 MCU控制器以及DTU数据传输单元和小尺寸的显示屏供电；MCU控制器控制继电器和充电枪连接的带充电设备充电，同时继电器输出端连接电能计量单元，由电能计量单元进行电能计量，并将计量的电能信号发送至MCU控制器，MCU控制器将接收到的电能信号发送至显示屏显示，在MCU控制器与显示屏连接的显示接口设置隔离模块，对显示信号的干扰信号进行隔离，MCU控制器将计量的电能信号发送至DTU数据传输单元，由DTU数据传输单元通过内置GPRS发送至充电桩的后台控制系统，同时接收后台控制系统发送的控制信号，并将控制信号发送至MCU控制器。
需要说明的是本实施例中MCU控制器、DTU数据传输单元和AC/DC电源转换器的举例，不限于上述举例，还可以为其他方式，在此不再赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种充电桩接口电路，其特征在于，包括输入接口浪涌抗扰电路和串行接口保护电路；所述输入接口浪涌抗扰电路的输入端连接充电桩的输入接口；所述输入接口浪涌抗扰电路的输出端连接充电桩的AC/DC电源转换器的输入端；在输入接口与AC/DC电源转换器之间连接输入接口浪涌抗扰电路；所述串行接口保护电路连接充电桩的串口通信电路；
所述输入接口浪涌抗扰电路包括差模防护单元和和共模防护单元；所述差模防护单元包括第一级差模防护单元和第二级差模防护单元；所述第一级差模防护单元连接充电桩的输入接口；所述第二级差模防护单元连接AC/DC电源转换器输入端；所述共模防护单元的与第一级差模防护单元并联；
所述串行接口保护电路包括第一TVS二极管、第二TVS二极管和第三TVS二极管；所述第一TVS二极管的两端连接充电桩的串口通信接口；所述第二TVS二极管一端连接第一TVS二极管的一端；所述第三TVS二极管的一端连接第一TVS二极管的另一端；所述第二TVS二极管的另一端和第三TVS二极管的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的充电桩接口电路，其特征在于，所述差模防护单元中第一级差模防护单元采用大通流压敏电阻，所述第二级差模防护单元包括小通流压敏电组和差模电感；所述大通流压敏电阻的两端并联在充电桩的输入接口两端；所述大通流压敏电阻的一端连接差模电感的一端；所述差模电感的另一端连接小通流差模电感的一端；所述大通流压敏电阻的一端同时连接共模防护单元。
3.根据权利要求2所述的充电桩接口电路，其特征在于，所述共模防护单元包括第三压敏电阻、第四压敏电阻和陶瓷气体放电管；所述第三压敏电阻一端连接大通流压敏电阻的一端；所述第四压敏电阻的一端连接大通流压敏电阻的另一端；所述第三压敏电阻另一端和第四压敏电阻的另一端连接陶瓷气体放电管的一端；所述陶瓷气体放电管的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的充电桩接口电路，其特征在于，还包括显示接口隔离模块；所述显示接口隔离模块的输入端与充电桩的MCU控制器的显示接口相连接；输出端与充电桩的显示屏相连接。
5.根据权利要求4所述的充电桩接口电路，其特征在于，所述显示接口隔离模块的型号为TD501D232H。
6.一种高防护等级的充电桩，其特征在于，包括上述权利要求1-5中任意一项所述的充电桩接口电路，还包括MCU控制器、AC/DC电源转换器、充电继电器、显示屏、DTU数据传输单元；所述输入接口浪涌抗扰电路连接AC/DC电源转换器的输入端，所述AC/DC电源转换器输出端分别连接MCU控制器的供电接口和显示屏的供电接口；所述MCU控制器的输出接口连接充电继电器和DTU数据传输单元；所述DTU数据传输单元的输出串口连接接口保护电路。
7.根据权利要求6所述的高防护等级的充电桩，其特征在于，所述AC/DC电源转换器包括第一AC/DC电源转换器和第二AC/DC电源转换器，所述第一AC/DC电源转换器的型号为LH25-10B12；所述第一AC/DC电源转换器用于将220V输入电源转换为+12V的直流电；所述第二AC/DC电源转换器的型号为URB2405YMD-6WR3，所述第二AC/DC电源转换器用于将第一AC/DC电源转换器输出的+12V的直流电，转换为+5V的直流电。
8.根据权利要求6所述的高防护等级的充电桩，其特征在于，所述DTU数据传输单元的型号为CM3150P。
9.根据权利要求6所述的高防护等级的充电桩，其特征在于，所述MCU控制器选用型号为stm32f103zet6的主控芯片。
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