CN217983210U - 快充继电器的控制电路及车载充电机 - Google Patents

Abstract

本申请实例公开了一种快充继电器的控制电路及车载充电机，其中控制电路包括：微控制器电路MCU、驱动电源VCC、开关电路、滤波器和继电器；微控制器电路MCU输出脉冲宽度调制PWM波，PWM波用于控制开关电路的导通与截止，进而控制所述继电器的闭合与断开，达到闭环控制继电器的目的；滤波器用于滤除开关电路与继电器之间的交流信号，保证开关电路控制继电器的稳定。采用本实用新型实施例可通过调整输出的PWM波的占空比使继电器处于最稳定和最节能的工作状态，同时防止继电器突然闭合导致的电流过冲，保证继电器工作电压的稳定性。

Description

快充继电器的控制电路及车载充电机

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种快充继电器的控制电路及车载充电机。

背景技术

继电器控制在我们生活各个方面都得到广泛应用，如电力系统，汽车，家电等。它主要实现的功能是强电与弱电的隔离，通过弱电控制强电的开和关。继电器按照驱动电压分为5V，12V，24V，不同的场景下，需要不同型号的继电器。传统的控制方法是通过高低电平控制继电器的电磁线圈工作，来吸合开关从而间接控制强电的通断。

由于继电器是密闭的盒子构造，它在长期的工作中容易发热，影响继电器元器件的使用寿命产生安全隐患，同时发热还会造成额外的功耗浪费。采用电平控制继电器的可靠性不高，还会造成继电器在通断时刻的负载电流过冲，影响负载工作的稳定性等问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种快充继电器的控制电路及车载充电机，该快充继电器控制电路可以实时监控继电器的工作状态，输出PWM波控制开关电路的第一端口与第三端口的导通与截止，进而控制继电器的闭合与断开，滤波器滤除开关电路与继电器之间的交流信号，达到闭环控制继电器的效果，使继电器处于最稳定和最节能的工作状态，同时防止继电器突然闭合造成电流过冲影响继电器寿命，保证继电器工作时电压的稳定性，还能节省整个控制电路的功耗。

第一方面，本实用新型提供了一种快充继电器的控制电路，包括：微控制器(Microcontroller Unit，MCU)电路、驱动电源VCC、开关电路、滤波器和继电器；其中，MCU第一端口通过电源反馈回路监控VCC的电压，MCU第二端口与开关电路的第二端口相连接，MCU的第三端口通过继电器反馈回路与继电器的第三端口相连接；开关电路的第一端口与VCC相连接，开关电路的第三端口与滤波器的第一端口相连接；滤波器的第二端口接地，滤波器的第三端口与继电器的第一端口相连接；滤波器的第二端口与继电器的第二端口相连接。上述MCU用于根据所述电源反馈回路和继电器反馈回路反馈的电压信号，输出占空比为D的脉冲宽度调制PWM波；上述滤波器用于滤除所述开关电路至所述继电器之间的交流信号；上述开关电路，用于根据PWM波控制开关电路第一端口与第三端口的导通与截止，进而控制继电器的闭合与断开。

结合第一方面，在一种可能的实施例中，电压信号包括继电器输入端电压和输出端的电压；继电器反馈回路包括两个线性电阻网络，分别连接继电器输入端和输出端；两个线性电阻网络，分别用于采集继电器输入端电压和输出端的电压；并将继电器输入端电压和输出端的电压传输至MCU。

结合第一方面，在一种可能的实施例中，MCU的第一端口与第三端口为模拟数字转换ADC接口，第二端口为输入/输出I/O接口。

结合第一方面，在一种可能的实施例中，在驱动电源VCC为交流电源时，控制电路还包括ACDC转换电路，ACDC转换电路第一端口与VCC相连接，ACDC转换电路的第二端口与开关电路的第第一端口相连接；ACDC转换电路用于将VCC的交流电转换为直流电。

结合第一方面，在一种可能的实施例中，MCU具体用于：若继电器处于启动状态，则输出PWM波，PWM波的占空比D是逐步增大的；根据继电器的输入端的电压及继电器的输出端的电压确定继电器是否处于稳定的输入输出状态；将继电器处于稳定的输入输出状态时微控制器电路输出的PWM波的占空比确定为占空比D1。

结合第一方面，在一种可能的实施例中，在PWM波为高电平的Ton时间段，开关电路导通，VCC驱动继电器吸合，继电器储存能量；在PWM波为低电平的Toff时间段，开关电路截止，继电器无驱动电压，继电器释放能量继续保持吸合状态。

结合第一方面，在一种可能的实施例中，开关电路可以包括三极管其中，三极管的集电极为开关电路的第一端口，三极管的基极为开关电路的第二端口，三极管的发射极为开关电路的第三端口，开关电路导通具体包括三极管的集电极和发射极导通。

结合第一方面，在一种可能的实施例中，开关电路可以包括MOS管，其中，MOS管的漏极为开关电路的第一端口，MOS管的栅极为开关电路的第二端口，MOS管的源极为开关电路的第三端口，开关电路导通具体包括MOS管的源极和漏极导通。

结合第一方面，在一种可能的实施例中，滤波器可以为L型滤波器、倒L型滤波器、T型滤波器和Π型滤波器中的任意一种。

第二方面，本申请实例提供了一种车载充电机，该车载充电机包括本申请实施例第一方面中所描述的所有控制电路和充电电路。

实施本申请实施例，具有如下有益效果：

MCU根据实时的驱动电源电压、继电器是否处于稳定的输入输出状态，输出可调整占空比的PWM波，控制开关电路的导通与截止，进而控制继电器的闭合与断开，达到闭环控制继电器的目的，使继电器处于最稳定和最节能的工作状态，可保证继电器工作电压的稳定性，节省整个控制电路的功耗，同时也延长了继电器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种快充继电器的控制电路连接示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种线性电阻网络示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种交流电源的快充继电器的控制电路连接示意图；

图4A为本实用新型实施例提供的一种L型滤波器的结构示意图；

图4B为本实用新型实施例提供的一种倒L型滤波器的结构示意图；

图4C为本实用新型实施例提供的一种T型滤波器的结构示意图；

图4D为本实用新型实施例提供的一种Π型滤波器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种具体的快充继电器的控制电路示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种车载充电机结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的实施例进行描述。

请参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种快充继电器的控制电路连接示意图。如图1所示，该控制电路包括：微控制器MCU101、开关电路102、继电器103、滤波器104、继电器反馈回路105和电源反馈回路106。

其中，微控制器MCU101的第一端口通过电源反馈回路106监控电源VCC，微控制器MCU101的第二端口与开关电路102的第二端口相连接，微控制器MCU101的第三端口通过继电器反馈回路105与继电器的第二端口相连接；开关电路102的第一端口与电源VCC相连接，开关电路102的第三端口与滤波器104的第一端口相连接；滤波器104的第二端口接地；滤波器104的第三端口与继电器103的第一端口相连接。

下面对上述控制电路的工作原理进行说明。

上述MCU用于根据所述电源反馈回路和继电器反馈回路反馈的电压信号，输出占空比为D的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)波；

上述滤波器可以是一种滤波电容用于滤除开关电路至所述开关电路之间能存在的交流噪声，保证MCU对开关电路的精确控制；

上述开关电路，用于根据PWM波控制开关电路第一端口与第三端口的导通与截止，进而控制继电器的闭合与断开。

可选地，电压信号包括继电器输入端电压和输出端的电压；继电器反馈回路包括两个线性电阻网络，分别连接继电器输入端和输出端；两个线性电阻网络，分别用于采集继电器输入端电压和输出端的电压；并将继电器输入端电压和输出端的电压传输至MCU。

在一个具体的应用场景中，请参见图2，图2为本实用新型实施例提供的一种线性电阻网络示意图，上述继电器反馈回路第一端口与继电器相连接，第二端口与MCU相连接，继电器输入端和输出端的电压通过线性电阻网络后，由MCU接收并转换成模拟的电压，MCU根据输入的继电器的输入和输出电压，判断继电器的运行状态，输出PWM波控制开关电路的导通与截止，进而控制继电器的断开与闭合。

可选地，结合第一方面，在一种可能的实施例中，MCU的第一端口与第三端口为模拟数字转换ADC接口，第二端口为输入/输出I/O接口。

在一个具体的应用场景中，MCU的第一与第三端口为模拟数字转换(Analog toDigital Converter，ADC)接口，继电器的输入和输出端电压在通过线性电阻网络后经ADC口由MCU接收并转换成模拟的电压；例如Vin，Vout的电压范围是0～500V，通过分压，输入到MCU的范围是3/(330x 3+3)x(0～500V)＝0～1.51V；MCU的第一端口与第三端口为ADC口，VCC的电压信号通过该ADC口反馈至MCU。

可选地，在驱动电源VCC为交流电源时，控制电路还包括ACDC转换电路，ACDC转换电路第一端口与VCC相连接，ACDC转换电路的第二端口与开关电路的第一端口相连接；ACDC转换电路用于将VCC的交流电转换为直流电。

在一个具体的应用场景中，请参见图3，图3为本实用新型实施例提供的一种交流电源的快充继电器的控制电路连接示意图，如图所示在电源VCC与开关电路的第一端口之间加入了ACDC转换电路，上述ACDC转换电路用于将VCC的交流电源转换为直流电源。

可选地，MCU具体用于：若继电器处于启动状态，则输出PWM波，PWM波的占空比D是逐步增大的；根据继电器的输入端的电压及继电器的输出端的电压确定继电器是否处于稳定的输入输出状态；将继电器处于稳定的输入输出状态时，MCU输出的PWM波的占空比确定为占空比D1。

在一个具体的应用场景中，继电器在启动的过程中，MCU输出的PWM波的占空比从0开始逐步增大，在实际的运用中根据继电器的性能差异，不同继电器的启动时间亦不同，这里的PWM波的占空比从0逐步增大增加直到100％的过程需要的时间也取决于继电器的工作特性，在继电器启动的同时电源反馈回路与继电器反馈回路开始反馈电源电压信号和继电器的输入电压信号与输出电压信号，当MCU监测到此时继电器的输入出入电压稳定后，停止增大输出的PWM波的占空比，此时MCU的占空比为D1；同时根据电源反馈回路反馈的电源电压VCC，MCU通过公式D2＝Uj*k/VCC计算出占空比D2的大小，这里的Uj指继电器正常工作时的额定电压，k为继电器的功率因子，VCC为电源反馈回路反馈的电源电压，若继电器实际工作电压只需要达到额定电压的80％及以上，则可以设定k为0.8，不同的继电器功率因子k依据实际情况而定；若D1大于D2，那么MCU将PWM波的占空比设定为D1是能够在防止电流过冲，保证继电器稳定工作的同时，节省整个控制电路的功耗；如果D1不大于D2，那么MCU将PWM波的占空比设定为D2亦能够在防止电流过冲，保证继电器稳定工作的同时，节省整个控制电路的功耗。

可选地，在PWM波为高电平的Ton时间段，开关电路导通，VCC驱动继电器吸合，继电器储存能量；在PWM波为低电平的Toff时间段，开关电路截止，继电器无驱动电压，继电器释放能量继续保持吸合状态。

在一个具体的应用场景中，MCU输出PWM波控制开关电路；当PWM波为高电平时，开关电路第一端口与第三端口导通，VCC驱动继电器吸合，继电器同时储存能量，继电器正常工作保持电压的稳定输入输出；当PWM波为低电平时，开关电路第一端口与第三端口截止，继电器无驱动电压，则继电器释放储存的能量继续保持吸合状态。这种控制方式节省了整个控制电路的功耗，同时也延长了继电器的使用寿命。

可选地，开关电路可以包括三极管，其中，三极管的集电极为开关电路的第一端口，三极管的基极为开关电路的第二端口，三极管的发射极为开关电路的第三端口，开关电路导通具体包括三极管的集电极和发射极导通。

在一个具体的应用场景中，当开关电路包含三极管时，三极管的集电极与电源相连接，基极与MCU相连接，发射极与继电器相连接；MCU通过PWM控制三极管的导通与截止，当PWM波为高电平时，三极管的集电极与发射极导通，VCC驱动继电器吸合；当PWM波为低电平时，三极管的集电极与发射极截止，继电器则无电源驱动，通过储存的能量继续保持吸合状态。

可选地，开关电路还可以包括MOS管，其中，MOS管的漏极为开关电路的第一端口，MOS管的栅极为开关电路的第二端口，MOS管的源极为开关电路的第三端口，开关电路导通具体包括MOS管的源极和漏极导通。

在一个具体的应用场景中当开关电路包含MOS管时，MOS管的漏极与电源相连接，栅极与MCU相连接，源极与继电器相连接；MCU通过PWM控制MOS管的导通与截止，当PWM波为高电平时，MOS管的漏极与栅极导通，VCC驱动继电器吸合；当PWM波为低电平时，MOS管的漏极与栅极截止，继电器则无电源驱动，继电器通过储存的能量继续保持吸合状态。

可选地，滤波器可以为L型滤波器、倒L型滤波器、T型滤波器和Π型滤波器中的任意一种。

在一个具体的应用场景中，请参见图4A,图4A为本实用新型实施例提供的一种L型滤波器的结构示意图，其中先后包括并联的一个电容C和一个电感L，通过上述结构连接的滤波电路有负载阻抗高，源阻抗低的特点；请参见图4B,图4B为本实用新型实施例提供的一种倒L型滤波器的结构示意图，其中包括先后并联的一个电感L和一个电容C，通过上述结构连接的滤波电路具有负载阻抗低，源阻抗高的特点；请参见图4C，图4C为本实用新型实施例提供的一种T型滤波器的结构示意图，其中包括两个并联的电感L，在两个电感L之间并联了一个电容C，通过上述连接的滤波电路具有负载阻抗低，源阻抗低的特点；请参见图4D，图4D为本实用新型实施例提供的一种Π型滤波器的结构示意图，其中电感L的前后分别并联了一个电容C，通过上述结构连接的滤波电路具有负载阻抗高，源阻抗高的特点。在开关电路和继电器之间通过滤波器可以滤除电路中可能存在的交流信号，保证开关电路控制控制继电器的稳定性。

请参见图5，图5为本实用新型实施例提供的一种具体的快充继电器的控制电路示意图，如图所示微控制器电路MCU通过两个反馈回路分别反馈电源电压与继电器输入输出端电压，其中继电器的反馈回路包括两个线性电阻网络，分别反馈继电器高压输出和输入的电压，MCU通过一个I/O口与电阻R1的第一端口相连接；电阻R1的第二端与三极管的基级相连接，三极管的集电极与VCC相连接，三极管的发射极与电阻R2的第一端口相连接；电阻R2的第二端口连接一个L型滤波器，滤波器包括并联的电容C1和电感L1，电容C1的第一端口与电阻R2的第二端口相连接，电容C1的第二端口接地；电感L1的第一端口与电阻R2的第二端口相连接，电感L1的第二端口与继电器的第一端口相连接，继电器的第二端口接地，继电器的第三端口为继电器高压侧的输入输出端，通过两个线性电阻网络将电压信号反馈到MCU；MCU实时获取继电器高压侧输入端和输出端的电压确定继电器的工作状态，MCU基于实时获取电源电压以及继电器的工作状态输出PWM波控制开关电路中的三极管导通与截止，进而控制继电器的闭合与断开；

当继电器处于启动状态时，MCU输出的PWM波的占空比从0逐渐增大，MCU检测到继电器高压侧输入输出端的电压处于稳定状态时则停止增大占空比并记录此时的占空比D1,MCU同时根据实时的电源电压通过公式D2＝Uj*k/VCC计算占空比D2，公式中的Uj为继电器的额定电压，k为继电器的功率因子，继电器的额定电压和功率因子根据继电器的特性和实际情况而定；若D1大于D2，那么MCU将PWM波的占空比设定为D1；如果D1不大于D2，那么MCU将PWM波的占空比设定为D2，滤波器可滤除三极管与继电器之间的交流信号，通过上述方法可以达成继电器的闭环控制；当MCU输出的PWM波为高电平的Ton时间段，三极管导通，VCC驱动继电器吸合，继电器储存能量；当MCU输出的PWM波为低电平的Toff时间段，三极管截止，继电器无驱动电压，继电器释放能量继续保持吸合状态。通过上述方法，在保证继电器稳定工作的同时节省了整个控制电路的功耗。

可以看出，在本实用新型实施例的方案中，在现有方案(包括发出PWM波的微控制器电路MCU，开关电路和继电器)的基础上加入了电源反馈回路和继电器反馈回路，反馈回路通过线性电阻网络与MCU的ADC接口向MCU反馈实时的电源电压和继电器的高压输入电压以及继电器的高压输出电压，MCU实时基于继电器的输入输出电压确定继电器的工作状态；基于实际电源电压与继电器的实际工作状态实时调整输出的PWM波的占空比，滤波器滤除三极管与继电器之间的交流信号，保证MCU对开关电路的精确控制，从而增加了继电器控制电路的稳定性，最终达到闭环控制继电器的目的，输出PWM波的占空比使继电器处于最稳定和最节能的工作状态，同时防止继电器突然闭合造成电流过冲影响继电器寿命，同时保证了继电器工作时电压的稳定性，节省了整个控制电路的功耗。

基于上述实施例的描述，本申请还提供一种车载充电机600，其中继电器控制电路601包括上述实施例描述的所有控制电路，请参见图6，图6为本实用新型提供的一种车载充电机结构示意图，该车载充电机600包括继电器控制电路601和充电电路602。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (6)

1.一种快充继电器的控制电路，其特征在于，包括微控制器电路MCU、驱动电源VCC、开关电路、滤波器和继电器；

其中，所述MCU的第一模拟数字转换ADC接口通过电源反馈回路与所述VCC相连接，所述MCU的I/O接口与所述开关电路的第二端口相连接，所述MCU的第二模拟数字转换ADC接口通过继电器反馈回路与所述继电器的第三端口相连接；所述开关电路的第一端口与VCC相连接；所述开关电路的第三端口与所述滤波器的第一端口相连接；所述滤波器的第二端口与所述继电器的第一端口相连接；所述滤波器的第三端口接地；

所述MCU用于根据所述电源反馈回路的信号和继电器反馈回路反馈的电压信号，输出占空比为D的脉冲宽度调制PWM波；

所述滤波器可以为L型滤波器、倒L型滤波器、T型滤波器和Π型滤波器中的任意一种，用于滤除所述开关电路与所述继电器之间的交流信号；

所述开关电路，用于根据所述PWM波控制所述开关电路导通与截止，进而控制所述继电器的闭合与断开；

所述开关电路包括三极管，其中，所述三极管的集电极为所述开关电路的第一端口，所述三极管的基极为所述开关电路的第二端口，所述三极管的发射极为所述开关电路的第三端口，所述开关电路导通具体包括所述三极管的集电极和发射极导通；

或所述开关电路包括MOS管，其中，所述MOS管的漏极为所述开关电路的第一端口，所述MOS管的栅极为所述开关电路的第二端口，所述MOS管的源极为所述开关电路的第三端口，所述开关电路导通具体包括所述MOS管的源极和漏极导通。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电压信号包括所述继电器输入端电压和输出端的电压；所述继电器反馈回路包括两个线性电阻网络，分别连接所述继电器输入端和输出端；

所述两个线性电阻网络，分别用于采集所述继电器输入端电压和输出端的电压；并将所述继电器输入端电压和输出端的电压传输至所述MCU。

3.根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，在所述驱动电源VCC为交流电源时，所述控制电路还包括ACDC转换电路，所述ACDC转换电路第一端口与所述VCC相连接，所述ACDC转换电路的第二端口与所述开关电路的第一端口相连接；所述ACDC转换电路用于将所述VCC的交流电转换为直流电。

4.根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，所述MCU具体用于：

若所述继电器处于启动状态，则输出所述PWM波，所述PWM波的占空比D是逐步增大的；根据所述继电器的输入端的电压及所述继电器的输出端的电压确定所述继电器是否处于稳定的输入输出状态；将所述继电器处于稳定的输入输出状态时，所述MCU输出的PWM波的占空比确定为占空比D1。

5.根据权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于，

在所述PWM波为高电平的Ton时间段，所述开关电路导通，VCC驱动所述继电器吸合，继电器储存能量；

在所述PWM波为低电平的Toff时间段，所述开关电路截止，继电器无驱动电压，所述继电器释放能量继续保持吸合状态。

6.一种车载充电机，其特征在于，所述车载充电机包括如权利要求1-5任一项所述的控制电路和充电电路。

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