CN211236108U - 一种直流充电桩输出端绝缘测量电路 - Google Patents

一种直流充电桩输出端绝缘测量电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种直流充电桩输出端绝缘测量电路，包括开关电路、调节电路、调节控制电路、第一检测电路和第二检测电路，充电桩输出端的正极依次通过开关电路和调节电路接地，调节控制电路的输出端控制连接调节电路的控制端；第一检测电路的输入端采样连接调节电路的输入端，第二检测电路的输入端采样连接充电桩输出端的负极。本实用新型通过调节电路进行参数调节，并根据调节结果进行多次测量，通过均值计算提高了测量精度。

Description

一种直流充电桩输出端绝缘测量电路
技术领域
本实用新型涉及电动汽车充电桩，特别涉及一种直流充电桩输出端绝缘测量电路。
背景技术
直流充电桩电压输出范围在DC200-750V之间，按照国标要求，在启动充电前需要对充电桩的输出端DC+与DC-进行绝缘检测。根据国标要求，绝缘阻值应满足如下要求：1.安全：R>500Ω/V；2.告警，但能正常充电：100Ω/V＜R≤500Ω/V；3.故障，停止充电：R≤100Ω/V。结合电压输出范围DC200-750V,可得出绝缘电阻的最小测量范围应在20K-375K之间，此时虽然报警但是能正常充电，低于20K时即视为故障，并停止充电。
图3为理论模型电路图，对充电桩输出端的绝缘检测即检测图3中的R+和R-，其测量计算方式如下：规定
DC+与DC-之间电压为：U
R+与PE之间电压为：U+
R-与PE之间电压为：U-
以上三个值均为可测量到的已知量，其中R1和R2也为已知量，则R+与R-的表达式可由下述测量方法获得：
K1闭合，K2断开，测量U′(此状态下DC+与DC-之间电压)与U+，得到如下等式：
Figure BDA0002300588830000011
K1断开，K2闭合，测量U″(此状态下DC+与DC-之间电压)与U-，得到如下等式：
Figure BDA0002300588830000021
通过两式进行二元一次方程组求解：
R+＝(U′·U″-U′·U--U+·U″)·R1·R2/(U′·R1-U+·R1+U+·R2)/U-
R-＝(U′·U″-U′·U--U+·U″)·R1·R2/(U″·R2-U-·R2+U-·R1)/U+
由此即可完成检测。
实际电路图如图1和图2所示，图1主要作用为测量图3“理论模型”中U+和U-，图2主要作为测量“理论模型”中U电压。图1中K13和K14分别对应图3中K1和K2；R116、R117、R118串联后对应图3中的R1；R128、R129、R130串联后对应图3中的R2(图1未示出图3中的R+和R-)，U31和U37为隔离放大器，用于将采样信号隔离放大后输至控制器等接收单元。该方案由于R1和R2都为固定值，只能检测一次，误差较大，精度低。实际中，图1和图2所示的检测电路至少有两组，用于检测两组数据进行均值计算，以提高精度，但是该方式增加了整体的复杂性和成本。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，本实用新型提出了一种直流充电桩输出端绝缘测量电路。
一种直流充电桩输出端绝缘测量电路，包括开关电路、调节电路、调节控制电路、第一检测电路，充电桩输出端的正极依次通过开关电路和调节电路接地，调节控制电路的输出端控制连接调节电路的控制端；第一检测电路的输入端采样连接调节电路的输入端。
基于上述，所述调节电路包括电阻R14、MOS管Q2，调节控制电路包括电阻R15和光耦U2，光耦U2的1脚用于接收控制信号，光耦U2的2脚接地，光耦U2的4脚连接MOS管Q2的栅极并通过电阻R15连接电源V12，光耦U2的3脚接地；MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极通过电阻R14连接开关电路。
基于上述，所述开关电路包括继电器JK1、二极管D1、三极管Q1和电阻R1，三极管Q1的基极通过电阻R1接收控制信号，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过继电器JK1的线圈连接电源VCC，二极管D1并联在继电器JK1的两端，继电器JK1的触点分别连接充电桩输出端的正极和调节电路的输入端。
基于上述，第一检测电路包括电阻R5、电阻R6、电感L1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、运算放大器UART1A、运算放大器UART1B，运算放大器UART1A的3脚通过电阻R3连接电源+5V并依次通过电感L1、电阻R6和电阻R5连接调节电路的输入端，运算放大器UART1A的3脚还分别通过电阻R12和电容C2接地，运算放大器UART1A的2脚连接运算放大器UART1A的1脚，运算放大器UART1A的8脚连接电源+5V并通过电容C1接地，运算放大器UART1A的4脚通过电容C5接地，运算放大器UART1A的1脚通过电阻R4连接运算放大器UART1B的6脚并依次通过电阻R11和电容C4接地，运算放大器UART1B的5脚通过电阻R13接地，运算放大器UART1B的7脚通过电阻R2连接运算放大器UART1B的6脚，运算放大器UART1B的7脚还通过电阻R10连接接收装置，运算放大器UART1B的7脚还依次通过电阻R10和电容C3接地。
基于上述，还包括第二检测电路，第二检测电路的输入端采样连接充电桩输出端的负极，第二检测电路包括电阻R19、电阻R20、电感L2、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、运算放大器UART2A、运算放大器UART2B，运算放大器UART2A的3脚通过电阻R17连接电源+5V并依次通过电感L2、电阻R20和电阻R19连接充电桩输出端负极，运算放大器UART2A的3脚还分别通过电阻R26和电容C7接地，运算放大器UART2A的2脚连接运算放大器UART2A的1脚，运算放大器UART2A的8脚连接电源+5V并通过电容C6接地，运算放大器UART2A的4脚通过电容C10接地，运算放大器UART2A的1脚通过电阻R18连接运算放大器UART2B的6脚并依次通过电阻R25和电容C9接地，运算放大器UART2B的5脚通过电阻R27接地，运算放大器UART2B的7脚通过电阻R16连接运算放大器UART2B的6脚，运算放大器UART2B的7脚还通过电阻R24连接接收装置，运算放大器UART2B的7脚还依次通过电阻R24和电容C8接地。
本实用新型具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型通过调节电路对参数进行改变，以方便进行多次检测和均值计算，有效提高检测精度，同时结构简化，降低了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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为本实用新型现有技术的检测电路结构示意图。
图2为本实用新型现有技术的负极检测电路结构示意图。
图3为本实用新型现有技术的原理模型电路结构示意图。
图4为本实用新型开关电路、调节电路、调节控制电路、第一检测电路的电路结构示意图。
图5为本实用新型第二检测电路的电路结构示意图。
图6为本实用新型的原理模型电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有付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。
如图4和图5所示，一种直流充电桩输出端绝缘测量电路，包括开关电路、调节电路、调节控制电路、第一检测电路和第二检测电路，充电桩输出端的正极依次通过开关电路和调节电路接地，调节控制电路的输出端控制连接调节电路的控制端；第一检测电路的输入端采样连接调节电路的输入端，第二检测电路的输入端采样连接充电桩输出端的负极。
实际中，单片机等控制单元控制连接开关电路和调节控制电路，开关电路用于控制充电桩输出端正极与调节电路的通断，调节控制电路用于控制调节电路进行参数调节。第一检测电路和第二检测电路的输出端连接控制单元，用于将采样信息发送至控制单元，控制单元根据多组检测数据进行均值计算，也获得精确度较高的检测数据。
具体的，所述调节电路包括电阻R14、MOS管Q2，调节控制电路包括电阻R15和光耦U2，光耦U2的1脚用于接收控制信号，光耦U2的2脚接地，光耦U2的4脚连接MOS管Q2的栅极并通过电阻R15连接电源V12，光耦U2的3脚接地；MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极通过电阻R14连接开关电路。
所述开关电路包括继电器JK1、二极管D1、三极管Q1和电阻R1，三极管Q1的基极通过电阻R1接收控制信号，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过继电器JK1的线圈连接电源VCC，二极管D1并联在继电器JK1的两端，继电器JK1的触点分别连接充电桩输出端的正极和调节电路的输入端。
第一检测电路包括电阻R5、电阻R6、电感L1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、运算放大器UART1A、运算放大器UART1B，运算放大器UART1A的3脚通过电阻R3连接电源+5V并依次通过电感L1、电阻R6和电阻R5连接调节电路的输入端，运算放大器UART1A的3脚还分别通过电阻R12和电容C2接地，运算放大器UART1A的2脚连接运算放大器UART1A的1脚，运算放大器UART1A的8脚连接电源+5V并通过电容C1接地，运算放大器UART1A的4脚通过电容C5接地，运算放大器UART1A的1脚通过电阻R4连接运算放大器UART1B的6脚并依次通过电阻R11和电容C4接地，运算放大器UART1B的5脚通过电阻R13接地，运算放大器UART1B的7脚通过电阻R2连接运算放大器UART1B的6脚，运算放大器UART1B的7脚还通过电阻R10连接接收装置，运算放大器UART1B的7脚还依次通过电阻R10和电容C3接地。
第二检测电路包括电阻R19、电阻R20、电感L2、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、运算放大器UART2A、运算放大器UART2B，运算放大器UART2A的3脚通过电阻R17连接电源+5V并依次通过电感L2、电阻R20和电阻R19连接充电桩输出端负极，运算放大器UART2A的3脚还分别通过电阻R26和电容C7接地，运算放大器UART2A的2脚连接运算放大器UART2A的1脚，运算放大器UART2A的8脚连接电源+5V并通过电容C6接地，运算放大器UART2A的4脚通过电容C10接地，运算放大器UART2A的1脚通过电阻R18连接运算放大器UART2B的6脚并依次通过电阻R25和电容C9接地，运算放大器UART2B的5脚通过电阻R27接地，运算放大器UART2B的7脚通过电阻R16连接运算放大器UART2B的6脚，运算放大器UART2B的7脚还通过电阻R24连接接收装置，运算放大器UART2B的7脚还依次通过电阻R24和电容C8接地。
本实施例中，三极管Q1的基极、光耦U2的1脚、第一检测电路和第二检测电路的输出端，分别连接控制单元。控制单元发送控制信号，用于控制开关电路的通断，及调节控制电路的调节。
如图6所示，为本实施例的原理模型电路图，检测原理如下：
规定：
DC+与DC-之间电压为：U
R+与PE之间电压为：U+
R-与PE之间电压为：U-
以上三个值均为可测量到的已知量，其中R1也为已知量，则R+与R-的表达式可由以下测量方法获得：
K1断开，测量U-与U+，得到如下等式：
Figure BDA0002300588830000071
K1闭合，测量U′-(此状态下R-与PE之间电压)与U′+(此状态下R+与PE之间电压)，得到如下等式：
Figure BDA0002300588830000072
进行二元一次方程组求解：
R+＝-R1·(-U+·U′-+U′+·U-)/U′+/U-
R-＝-R1·(-U+·U′-+U′+·U-)/U′+/U+
从上述表达式可以看到，R+和R-分别与R1的阻值存在关联关系，通过改变R1的电阻，就可以进行多次测量，通过均值计算来提高测量精度。
图4中(图4未示出图6中的R+和R-，电阻R14与开关电路的连接点处实际连接在图6中的R+和R-的连接点处)，电阻R14与MOS管Q2串联后相当于图6中的R1，开关电路相当于图6中的K1。利用MOS管工作在线性区域时相当于可变电阻的特性，使MOS管Q2工作在线性区域，控制光耦U2的4脚与3脚的电流大小变化，即可控制MOS管GS两端电压的变化，也即工作在线性区域的MOS管Q2的漏极和源极之间的电阻发生变化，此时图4中DC+接入到PE之间的阻值大小发生变化，即改变二元一次方程组解表达式中的R1大小。进行多次测量后，通过均值计算来提高测量精度。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种直流充电桩输出端绝缘测量电路，其特征在于：包括开关电路、调节电路、调节控制电路和第一检测电路，充电桩输出端的正极依次通过开关电路和调节电路接地，调节控制电路的输出端控制连接调节电路的控制端；第一检测电路的输入端采样连接调节电路的输入端。
2.根据权利要求1所述的直流充电桩输出端绝缘测量电路，其特征在于：所述调节电路包括电阻R14、MOS管Q2，调节控制电路包括电阻R15和光耦U2，光耦U2的1脚用于接收控制信号，光耦U2的2脚接地，光耦U2的4脚连接MOS管Q2的栅极并通过电阻R15连接电源V12，光耦U2的3脚接地；MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极通过电阻R14连接开关电路。
3.根据权利要求1所述的直流充电桩输出端绝缘测量电路，其特征在于：所述开关电路包括继电器JK1、二极管D1、三极管Q1和电阻R1，三极管Q1的基极通过电阻R1接收控制信号，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极通过继电器JK1的线圈连接电源VCC，二极管D1并联在继电器JK1的两端，继电器JK1的触点分别连接充电桩输出端的正极和调节电路的输入端。
4.根据权利要求1所述的直流充电桩输出端绝缘测量电路，其特征在于：第一检测电路包括电阻R5、电阻R6、电感L1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、运算放大器UART1A、运算放大器UART1B，运算放大器UART1A的3脚通过电阻R3连接电源+5V并依次通过电感L1、电阻R6和电阻R5连接调节电路的输入端，运算放大器UART1A的3脚还分别通过电阻R12和电容C2接地，运算放大器UART1A的2脚连接运算放大器UART1A的1脚，运算放大器UART1A的8脚连接电源+5V并通过电容C1接地，运算放大器UART1A的4脚通过电容C5接地，运算放大器UART1A的1脚通过电阻R4连接运算放大器UART1B的6脚并依次通过电阻R11和电容C4接地，运算放大器UART1B的5脚通过电阻R13接地，运算放大器UART1B的7脚通过电阻R2连接运算放大器UART1B的6脚，运算放大器UART1B的7脚还通过电阻R10连接接收装置，运算放大器UART1B的7脚还依次通过电阻R10和电容C3接地。
5.根据权利要求1所述的直流充电桩输出端绝缘测量电路，其特征在于：还包括第二检测电路，第二检测电路的输入端采样连接充电桩输出端的负极，第二检测电路包括电阻R19、电阻R20、电感L2、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、运算放大器UART2A、运算放大器UART2B，运算放大器UART2A的3脚通过电阻R17连接电源+5V并依次通过电感L2、电阻R20和电阻R19连接充电桩输出端负极，运算放大器UART2A的3脚还分别通过电阻R26和电容C7接地，运算放大器UART2A的2脚连接运算放大器UART2A的1脚，运算放大器UART2A的8脚连接电源+5V并通过电容C6接地，运算放大器UART2A的4脚通过电容C10接地，运算放大器UART2A的1脚通过电阻R18连接运算放大器UART2B的6脚并依次通过电阻R25和电容C9接地，运算放大器UART2B的5脚通过电阻R27接地，运算放大器UART2B的7脚通过电阻R16连接运算放大器UART2B的6脚，运算放大器UART2B的7脚还通过电阻R24连接接收装置，运算放大器UART2B的7脚还依次通过电阻R24和电容C8接地。
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