CN217112498U - 一种支持抗干扰的电度计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种支持抗干扰的电度计量装置，包括充电器、插座和负载连接检测电路，所述充电器的一端通过插头与插座连接，所述插座包括插座火线端和插座零线端，所述负载连接检测电路的一端与插座的火线端连接；本实用新型在电路的设计上采用大量的隔离，系统的计量电路和其它数字电路分隔开，避免了电路单元间的相互干扰，同时对外抗外部的干扰的能力也大大增强，从而为计量的准确性做好了准备。负载检测电路可以判断充电器是否连接好，有没有插座脱落等情况。

Description

一种支持抗干扰的电度计量装置

技术领域

本实用新型涉及充电桩充电技术领域，具体为一种支持抗干扰的电度计量装置。

背景技术

现代生活越来越快，为方便出行，越来越多的人使用了电动自行车。据了解，我国现有电动自行车保有量3亿多辆，每天有约1亿辆电动自行车需要充电。在城市，为了电动自行安全充电，共享充电桩应运而生。早期的充电桩是时间计费，投币或扫码1元充多少时间的电。时间到才关断。随着时代进步，逐步发展到了功率计量计费方式充电，这就要求计量单元准确。现实中，很多充电器质量参差不齐，有一部分充电器在充电过程中产生大量强干扰，造成充电桩计量不准，通讯不畅。

图1是现有的计量方式的电路示意图，在火线上串联分流电阻在火线和零线间并联分压电阻，从电阻器上采样的电压信号进行滤波，计量电路的数字电源和模拟电源由火线输入，同时参考电源输出端连接参考电源输入端，并电连接数字地AGND，因此，计量电路的电源地线就是电路中的火线，当不良充电器接入电路后，它产生的干扰信号通过电路中的火线或零线被耦合到计量电路中，这样计量电路中的参考电压，计量电路的电源中包含大量的干扰信号，这些干扰信号包含了大量的谐波，使计量功能紊乱，有功功率，无功功率，电流，电源的检测都是一个无效值，这些谐波还造成计算控制单元与计量电路之间的数字通讯无法顺畅。

不良充电器释放的干扰信号，通过充电插座的火线和零线进入到充电桩，通过测试发现，干扰信号通过充电桩的电源和计量单元的地线(火线)进入到充电桩，对充电桩进行干扰。如果能够有效在这两路减小或消除干扰，那么整个充电桩的性能能够得到很大的提升，计量单元计量准确性也将大大的提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种支持抗干扰的电度计量装置，为了计量准确，通过改进计量电路的采集电流、电压的方式及改进为微控制器和计量电路供电的方式降低外部火线的谐波和数值电路的干扰信号，通过设置负载检测电路解决电动自行车充电桩对充电器的断开和接入插座误判的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种支持抗干扰的电度计量装置，包括插座、微控制器、继电器模块、计量模块、防雷模块、滤波模块、隔离型开关电源、交流直流转换电路，直流隔离电源；所述插座的第一端电连接零线和第二端通过继电器模块电连接火线，所述继电器模块的输入端电连接有微控制器，所述计量模块包含信号采样电路与计量芯片外围电路，计量芯片外围电路与微控制器的串行接口通信连接，所述信号采样电路通过电压/电流互感器从火线上采样电压/电流，所述防雷模块的两输入端接入市电的接入端，所述滤波模块包含共轭线圈、LC滤波电路，防雷模块的两输出端电连接共轭线圈一侧的两端，共轭线圈另一侧的两端电连接LC滤波电路的电感和电容的第一端，电感的第二端连接电容的第二端，电感和电容的第一端还分别电连接隔离型开关电源的两输入端，隔离型开关电源的两输出端电连接交流直流转换电路的交流输入端，交流直流转换电路的直流输出端电连接直流隔离电源的输入端，直流隔离电源的输出端为计量芯片外围电路供电，交流直流转换电路还为微控制器供电。

优选的，所述交流直流转换电路设有有整流回路。

优选的，所述防雷电路包括一级防雷电路和二级防雷电路，所述一级防雷电路内连接有第一陶瓷气体放电管和第二陶瓷气体放电管，所述第一陶瓷气体放电管与第二陶瓷气体放电管并联。

优选的，所述二级防雷电路内连接有第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管。

优选的，所述隔离型开关电源内设有变压器。

优选的，所述计量模块是以型号为CS5463的计量芯片为中心的集成电路。

优选的，一种支持抗干扰的电度计量装置，还包括，负载连接检测电路，所述负载连接检测电路包括二极管、分压电阻、滤波电容、开关管和光耦，所述二极管的阳极与火线电连接，所述分压电阻设置有四组，所述二极管的阴极与四个分压电阻依次串连接，所述分压电阻的另一端并联着滤波电容，和开关管的基极，所述滤波电容的另一端电连接插座的第二端，开关管的发射极连接有AGND，所述开关管的集电极与光耦的阴极电连接，所述光耦的阳极电连接VCC，光耦的射极接地，光耦的集电极并联着电阻R1和微控制器，电阻R1的另一端连接低压电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型在电路的设计上采用大量的隔离，系统的计量单元和其它数字电路分隔开，避免了电路单元间的相互干扰，同时对外抗外部的干扰的能力也大大增强，从而为计量的准确性做好了准备。负载检测电路可以判断充电器是否连接好，有没有插座脱落等情况，解决电动自行车充电桩对充电器的断开和接入插座误判的问题，通过设置计量电路持续检测充电功率，充电无功功率，充电电流，充电电量，根据数据判断电瓶是否充满，该设备还有硬件短路保护功能，使用更为安全。

附图说明

图1为现有技术的连接框图；

图2为本实用新型的连接框图；

图3为本实用新型电磁干扰滤波器的电路图；

图4为本实用新型防雷电路的电路图；

图5为本实用新型负载检测电路的电路图；

图6为本实用新实施例2的连接框图；

图7为本实用新型的计量芯片及其外围电路的电路示意图。

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做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。

实施例1

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种支持抗干扰的电度计量装置，包括充电器c、插头t、插座z、微控制器、继电器模块、计量模块、防雷模块、滤波模块、隔离型开关电源、交流直流转换电路，直流隔离电源；所述插座z的第一端电连接零线N和第二端通过继电器模块的常开触点KS电连接火线L，继电器模块的输入端K电连接有微控制器，如图7，计量模块包含信号采样电路与计量芯片外围电路，计量模块是以型号为CS5463的计量芯片为中心的集成电路，计量芯片外围电路的串行接口：CS、SDI、SDO、SCLK端与微控制器的串行接口通信连接，微处理器是以型号为MSP430G2553的单片机为中心的集成电路；CS5463的VIN+与VIN-端分别连接至信号采样电路的两电压采样端，CS5463的IIN+与IIN-端分别连接至信号采样电路的两电流采样端，信号采样电路通过电压/电流互感器从火线上采样电压/电流，如图4，防雷模块的两输入端接入市电的接入端，如图3滤波模块包含共轭线圈L1、LC滤波电路，防雷模块的两输出端A、B电连接共轭线圈L1一侧的两端，共轭线圈L1另一侧的两端电连接LC滤波电路的电感L和电容C1的第一端，电感L的第二端连接电容C1的第二端，电感L和电容C1的第一端还分别电连接隔离型开关电源的两输入端，隔离型开关电源的两输出端电连接交流直流转换电路的交流输入端，交流直流转换电路的直流输出端SC电连接直流隔离电源的输入端，直流隔离电源的输出端GA为计量芯片外围电路供电，交流直流转换电路的直流输出端SC还为微控制器供电。交流直流转换电路设有有整流回路，例如全桥整流电路，隔离型开关电源内还设有变压器Lm。

如图4，防雷电路包括一级防雷电路和二级防雷电路，一级防雷电路内连接有第一陶瓷气体放电管和第二陶瓷气体放电管，第一陶瓷气体放电管与第二陶瓷气体放电管并联，二级防雷电路内连接有第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管；

通过设置防雷电路使其在外加电压增大到超过气体的绝缘强度时，陶瓷气体放电管两极间的间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，导通后放电管两极之间的电压维持在放电弧道的残压水平，从而泄放雷电暂态过电流同时限制过电压；该装置在市电的入口设计了一个防雷单元和滤波单元，滤波单元采用共轭线圈加上LC滤波电路，能够有效过滤掉大部分共模干扰和差模干扰，也能防止后面的隔离开关电源对电网的干扰，装置的电源部分采用的是隔离型开关电源，不是变压器或者非隔离的电源，隔离型开关电源能够有效的隔离掉外部的差模和共模干扰，这样为后面的电路提供了干净的直流电源。装置中的通讯，控制以及数据计算都是数字信号，而计量电路主要是模拟信号采集，容易受到数字信号的干扰，为了避免装置内部的控制通讯单元对计量电路的干扰，该装置采用了单独给计量电路供电，并且是直流隔离供电，计量电路的地与装置中的其它单元不共地，也就隔离掉了装置内部各单元对计量电路的干扰。计量电路采用的是隔离耦合的计量技术，这个技术的应用，相当于把火线和计量电路隔离开来，这样降低了外部干扰通过火线的线路来干扰计量电路的干扰信号。使用该装置后，连接上不良充电器，通过仪器观测，干扰信号大大的减少，计量电路正常工作，设备各个单元运转正常，达到了预期目的。

实施例2

传统的检测插头t是否插入到插座z的方法，是先让插座z通电，然后检测功率，没有功率的情况下，认为没有插上插座，此种方法必须依赖电池开始充电，可靠性不高，从而导致充电桩的误判，认为没有插上插座，现在市场上有脉冲式的充电器，这种充电器充几分钟的电，然后睡眠1-2分钟，睡眠的时候不充电，功率消耗非常的小，这个时候充电桩极易误判；还有充电器带有软启动功能，启动前大约40S的时间功率消耗也非常的小，充电桩也容易误判未连接充电器。

为解决该问题，本实施例在实施例1的装置上做了如下改进，如图5和图6，实施例1的一种支持抗干扰的电度计量装置，还包括，负载连接检测电路，负载连接检测电路包括二极管D1、分压电阻、滤波电容、开关管和光耦，二极管D1的阳极与火线电连接，分压电阻设置有四组，二极管D1的阴极与四个分压电阻依次串连接，分压电阻的另一端并联着滤波电容，和开关管的基极，滤波电容的另一端电连接插座的第二端，开关管的发射极连接有AGND，开关管的集电极与光耦的阴极电连接，光耦的阳极电连接VCC，光耦的射极接地，光耦的集电极并联着电阻R1和微控制器，电阻R1的另一端连接低压电源。

负载连接检测电路的功能是：当有充电器接入到插座中，该电路输出一个低电平告诉CPU，有负载接入。当负载拔掉，此时电路输出高电平，这个时候CPU判断为负载已经断开。该检测电路非常灵敏，检测负载的范围比较广，有效的解决了电动自行车充电桩对充电器的断开和接入插座误判的问题。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、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物限定。

Claims (7)

1.一种支持抗干扰的电度计量装置，包括插座、微控制器、继电器模块、计量模块、防雷模块、滤波模块、隔离型开关电源、交流直流转换电路，直流隔离电源,其特征在于，所述插座的第一端电连接零线和第二端通过继电器模块电连接火线，所述继电器模块的输入端电连接有微控制器，所述计量模块包含信号采样电路与计量芯片外围电路，计量芯片外围电路与微控制器的串行接口通信连接，所述信号采样电路通过电压/电流互感器从火线上采样电压/电流，所述防雷模块的两输入端接入市电的接入端，所述滤波模块包含共轭线圈、LC滤波电路，防雷模块的两输出端电连接共轭线圈一侧的两端，共轭线圈另一侧的两端电连接LC滤波电路的电感和电容的第一端，电感的第二端连接电容的第二端，电感和电容的第一端还分别电连接隔离型开关电源的两输入端，隔离型开关电源的两输出端电连接交流直流转换电路的交流输入端，交流直流转换电路的直流输出端电连接直流隔离电源的输入端，直流隔离电源的输出端为计量芯片外围电路供电，交流直流转换电路还为微控制器供电。

2.根据权利要求1所述的一种支持抗干扰的电度计量装置，其特征在于，所述交流直流转换电路设有有整流回路。

3.根据权利要求1所述的一种支持抗干扰的电度计量装置，其特征在于，所述防雷电路包括一级防雷电路和二级防雷电路，所述一级防雷电路内连接有第一陶瓷气体放电管和第二陶瓷气体放电管，所述第一陶瓷气体放电管与第二陶瓷气体放电管并联。

4.根据权利要求3所述的一种支持抗干扰的电度计量装置，其特征在于，所述二级防雷电路内连接有第一瞬态抑制二极管和第二瞬态抑制二极管。

5.根据权利要求1所述的一种支持抗干扰的电度计量装置，其特征在于，所述隔离型开关电源内设有变压器。

6.根据权利要求1所述的一种支持抗干扰的电度计量装置，其特征在于，所述计量模块是以型号为CS5463的计量芯片为中心的集成电路。

7.根据权利要求1所述的一种支持抗干扰的电度计量装置，其特征在于，还包括，负载连接检测电路，所述负载连接检测电路包括二极管、分压电阻、滤波电容、开关管和光耦，所述二极管的阳极与火线电连接，所述分压电阻设置有四组，所述二极管的阴极与四个分压电阻依次串连接，所述分压电阻的另一端并联着滤波电容，和开关管的基极，所述滤波电容的另一端电连接插座的第二端，开关管的发射极连接有AGND，所述开关管的集电极与光耦的阴极电连接，所述光耦的阳极电连接VCC，光耦的射极接地，光耦的集电极并联着电阻R1和微控制器，电阻R1的另一端连接低压电源。

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