CN219513785U - 浪涌防护装置及充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种浪涌防护装置及充电系统，该浪涌防护装置包括第一防护模块，第一防护模块的输入端用于连接充电机的信号输出端，第一防护模块的输出端用于连接电子系统的信号输入端，第一防护模块包括：采集单元，第一端用作第一防护模块的输入端；退耦单元，包括开关元件，开关元件的第一端与采集单元的第二端连接，第二端用于连接电子系统的信号输入端，控制端与采集单元连接；其中，当采集单元侦测到高压浪涌能量从第一防护模块的输入端输入时，采集单元控制常闭的开关元件断开。本申请提供的浪涌防护装置够在侦测到高压浪涌能量时将开关元件断开，从而保护电子系统。

Description

浪涌防护装置及充电系统

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别涉及一种浪涌防护装置及充电系统。

背景技术

针对新能源汽车充电的情况，商业充电站一般建设在户外，普通用户充电时存在拉线至户外的情况。电力系统由于其长距离供电，尤其是在户外充电时，极易引入雷击浪涌能量。

浪涌能量会通过供电线路顺着充电枪进入新能源车，在电源接线规范且接地良好的条件下，大部分能量都可以通过充电枪或者车载充电机内部的浪涌防护电路进行泄放。但是电源线接线不规范，接地不良，甚至无接地线时，会造成充电枪或者车载充电机内部的浪涌防护电路效果大打折扣，甚至起不到防护作用。尤其是当较高的浪涌能量通过车载充电机泄放时，会形成严重的“地反击”现象，损坏车内电子系统。

“地反击”即是当雷击浪涌能量通过地线泄放时，由于本身地阻抗(地线阻抗、安装接触阻抗等)的存在，将车载充电机的信号地电平进行抬升，从而导致与车身地形成地电势差，与车身中其它电子系统产生地电势差，从而形成地环路，对设备造成损坏。

鉴于此，本申请提供一种浪涌防护装置及充电系统。

实用新型内容

本申请提供一种浪涌防护装置及充电系统，能够在侦测到高压浪涌能量时将开关元件断开，从而保护电子系统。

本申请实施例第一方面提供一种浪涌防护装置，所述浪涌防护装置包括第一防护模块，所述第一防护模块的输入端用于连接充电机的信号输出端，所述第一防护模块的输出端用于连接电子系统的信号输入端，所述第一防护模块包括：采集单元，第一端用作所述第一防护模块的输入端；退耦单元，包括开关元件，所述开关元件的第一端与所述采集单元的第二端连接，第二端用于连接所述电子系统的信号输入端，控制端与所述采集单元连接；其中，当所述采集单元侦测到高压浪涌能量从所述第一防护模块的输入端输入时，所述采集单元控制常闭的所述开关元件断开。

其中，所述采集单元包括：第一电阻，第一端用作所述第一防护模块的输入端，第二端与所述开关元件的第一端连接；采集元件，用于采集所述第一电阻两端的电压；控制器，连接所述采集元件与所述开关元件的控制端，当所述采集元件采集到所述第一电阻两端的电压达到电压阈值时，所述控制器控制常闭的所述开关元件断开。

其中，所述退耦单元进一步包括：第二电阻，连接所述开关元件的第二端与所述电子系统的信号输入端。

其中，所述开关元件为继电器、高压隔离光耦中的一个。

其中，所述浪涌防护装置还包括：第二防护模块，所述第一防护模块的输入端与地之间连接有所述第二防护模块，所述第二防护模块包括过压保护元件，当浪涌能量从所述第一防护模块的输入端输入时，所述过压保护元件导通，以释放所述浪涌能量。

其中，所述过压保护元件包括半导体放电管、瞬态抑制二极管、压敏电阻、气体放电管中的至少一个。

其中，所述浪涌防护装置进一步包括：防护板，所述第一防护模块和所述第二防护模块设置在所述防护板上；保护壳，所述防护板、所述第一防护模块以及所述第二防护模块设置在所述保护壳的内部。

其中，所述保护壳的材料为金属。

其中，所述第一防护模块进一步包括：隔离电源模块，所述隔离电源模块一端连接外部电源，另一端连接所述采集单元以及所述退耦单元。

本申请实施例第二方面提供一种充电系统，所述充电系统包括充电机以及上述任一项所述的浪涌防护装置。

本申请的有益效果是：本申请的浪涌防护装置设置于充电机的信号输出端和电子系统的信号输入端之间，其中，浪涌防护装置包括第一防护模块，第一防护模块包括采集单元和退耦单元，采集单元采集到高压浪涌能量时控制退耦单元中的开关元件断开，从而阻挡了高压浪涌能量传输到后续电路上的电子系统，进而保护了电子系统。

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是现有技术中浪涌能量造成电子系统破坏的结构示意图；

图2是本申请浪涌防护装置与充电机和电子系统连接一实施方式的结构示意图；

图3为本申请第一防护模块一实施方式的结构示意图；

图4是本申请第二防护模块一实施方式的结构示意图；

图5为本申请浪涌防护装置一实施方式的结构示意图；

图6是本申请浪涌防护装置中防护板一实施方式的结构示意图；

图7是本申请充电系统一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

结合图1，在介绍本申请的方案之前，先对本申请的背景做如下介绍：浪涌能量泄放主要路径为通过供电线顺着充电枪进入新能源车，通过充电机内部的浪涌防护电路、电路板PCB与充电机外壳的接触电阻R3和地线安装时与充电机外壳的接触电阻R1，再通过地线泄放。

在存在“地反击”时，浪涌能量泄放次要路径为充电机信号地传输到充电机信号电路、电子系统、电子系统与车身地的接触电阻R4、车身地、充电机与车身地的接触电阻R2。浪涌能量泄放次要路径会造成电子系统的破坏，因此本申请提供了一种浪涌防护装置。

参阅图2至图5，在一实施例中，浪涌防护装置1000包括第一防护模块100，第一防护模块100的输入端101用于连接充电机2000的信号输出端2100，第一防护模块100的输出端102用于连接电子系统3000的信号输入端3100。第一防护模块100包括采集单元110和退耦单元120，采集单元110的第一端用作第一防护模块100的输入端101；退耦单元120包括开关元件121，开关元件121的第一端1211与采集单元110的第二端连接，第二端1212用于连接电子系统3000的信号输入端3100，控制端1213与采集单元110连接；其中，当采集单元110侦测到高压浪涌能量从第一防护模块100的输入端101输入时，采集单元110控制常闭的开关元件121断开。

具体地，当发生浪涌现象时，浪涌电流从充电机2000的信号输出端2100传输到浪涌防护装置1000再传输到电子系统3000。电子系统3000可以为车身上的车载音响系统、导航系统、汽车信息系统等任何一种需要保护的电子系统3000。其中，浪涌防护装置1000包括第一防护模块100，第一防护模块100的电流传输路径为从采集单元110再传输到退耦单元120的开关元件121。

其中，开关元件121包括第一端1211、第二端1212和控制端1213，开关元件121的第一端1211与采集单元110的第二端连接，开关元件121的第二端1212与电子系统3000连接。其中，开关元件121在没有高压浪涌能量时是常闭的，有高压浪涌能量时，采集单元110控制常闭的开关元件121的控制端1213断开，对后续电路上的电子系统3000起到保护作用。

从上述内容可以看出，浪涌防护装置1000设置于充电机2000的信号输出端2100和电子系统3000的信号输入端3100之间，其中，浪涌防护装置1000包括第一防护模块100，第一防护模块100包括采集单元110和退耦单元120，采集单元110采集到高压浪涌能量时控制退耦单元120中的开关元件121断开，从而阻挡了高压浪涌能量传输到后续电路上的电子系统3000，进而保护了电子系统3000。

继续参阅图3，在一实施例中，采集单元110包括第一电阻111、采集元件112和控制器113。第一电阻111的第一端用作第一防护模块100的输入端101，第一电阻111的第二端与开关元件121的第一端1211连接；采集元件112用于采集第一电阻111两端的电压；控制器113连接采集元件112与开关元件121的控制端1213，当采集元件112采集到第一电阻111两端的电压达到电压阈值时，控制器113控制常闭的开关元件121断开。

具体地，第一电阻111设置在充电机2000和电子系统3000之间的信号传输电路上，可以是例如采样电阻，使采样出的数据更可信。可以更换不同阻值的第一电阻111，从而可以根据需求调整电压阈值。

其中，采集元件112可以是隔离运放，用于采集第一电阻111两端的电压。控制器113一端与采集元件112相连，一端与开关元件121的控制端1213相连，采集元件112将采集的电压传输给控制器113，控制器113判断是否达到电压阈值，若达到则控制常闭的开关元件121断开，对后续电路起到保护作用。其中，电压阈值是工作人员根据实际工作场景设定的。

其中，控制器113可以是例如MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)等任何一种控制器，在此不做限制。

继续参阅图3，在一实施例中，退耦单元120进一步包括第二电阻122。第二电阻122连接开关元件121的第二端1212与电子系统3000的信号输入端3100。

具体地，第二电阻122设置在开关元件121和电子系统3000之间的信号传输电路上，在有浪涌能量时，控制器113控制开关元件121断开，第二电阻122用于限制在开关元件121断开前极短时间的浪涌电流，更好地保护后级电路。其中，第二电阻122可以选用十几欧的功率电阻。

在一实施例中，开关元件121为继电器、高压隔离光耦中的一个，也就是说，开关元件121可以继电器，也可以是高压隔离光耦。

具体地，继电器和高压隔离光耦都设置为常闭型的，也就是说，当未侦测到高压浪涌能量涌入时，继电器和高压隔离光耦处于导通状态，电流可以从继电器和高压隔离光耦通过。当有高压浪涌能量时，控制器113控制继电器或高压隔离光耦断开。其中，继电器可以是例如电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器。高压隔离光耦可以是例如光敏器件输出型、达林顿三极管输出型和逻辑门电路输出型。总而言之，本申请对开关元件121的类型不做限制。

参阅图4，在一实施例中，浪涌防护装置1000还包括第二防护模块200，第一防护模块100的输入端101与地之间连接有第二防护模块200，第二防护模块200包括过压保护元件210，当浪涌能量从第一防护模块100的输入端101输入时，过压保护元件210导通，以释放浪涌能量。

具体地，浪涌能量使过压保护元件210形成通路，当浪涌能量从第一防护模块100的输入端101输入时，过压保护元件210将浪涌能量释放到市电保护地里。在实际应用场景中，可以只在第一防护模块100的输入端101与地之间连接第二防护模块200，也可以第一防护模块100的输入端101与地之间和第一防护模块100的输出端102与地之间都连接第二防护模块200。

具体地，在第一防护模块100的输入端101与地之间设置的过压保护元件210是彼此并联的，在第一防护模块100的输出端102与地之间设置的过压保护元件210也是彼此并联的，若是串联，则可能会出现浪涌电压没达到过压保护元件210的导通电压，降低浪涌防护性能，且后级电路承受的冲击时间相对要久、且承受的电压也高，易导致第一防护模块100和电子系统3000的损坏。

在一实施例中，过压保护元件210包括半导体放电管、瞬态抑制二极管、压敏电阻、气体放电管中的至少一个。

具体地，半导体放电管即TSS管，其是一种过压保护器件，利用晶闸管原理制成，依靠PN结的击穿电流触发器件导通放电，可以流过很大的浪涌电流。瞬态抑制二极管即TVS管，其是一种过压保护器件，当两级受到反向瞬态高能量冲击时，以皮秒级的速度，将两级间的高阻抗变为低阻抗，同时吸收高达数千瓦的浪涌功率。压敏电阻即MOV，其是一种具有非线性伏安特性的电阻器件，主要用于在电阻承受过压时进行电压钳位。气体放电管即GDT管，其是一种密封在陶瓷腔体中的放电间隙，腔体中充有惰性气体以稳定放电管的放电电压。其主要特点是通流能力大，静态电容极小。

参阅图5和图6，在一实施例中，浪涌防护装置1000进一步包括防护板300和保护壳400，第一防护模块100和第二防护模块200设置在防护板300上；防护板300、第一防护模块100以及第二防护模块200设置在保护壳400的内部。

具体地，保护壳400形成容纳空间，用于容纳防护板300和第一防护模块100。其中，防护板300即电路板，本申请对防护板300的材质不做限制。

在一实施例中，保护壳400的材料为金属。在实际应用场景中，保护壳400与车身或其它零部件的金属外壳接触，所以保护壳400的材料设置为金属，有利于将浪涌能量泄放到市电保护地。保护壳400选用的材料可以是例如铝、铜、铁、铝镁合金中的至少一种。

继续参阅图3，在一实施例中，第一防护模块100进一步包括隔离电源模块500，隔离电源模块500一端连接外部电源600，另一端连接采集单元110以及退耦单元120。

具体地，外部电源600可以是车身上的电源，外部电源600将电力传输给隔离电源模块500，隔离电源模块500再将电力传输给采集单元110以及退耦单元120。隔离电源模块500可以对外部电源600起到隔离作用，隔离之后可以提高采集单元110以及退耦单元120的抗干扰能力，可以提高采集元件112和控制器113的检测准确性。

参阅图7，充电系统4000包括充电机2000以及上述任一项实施方式中的浪涌防护装置1000。

具体地，充电系统4000包括充电机2000、充电枪、充电插座和浪涌防护装置1000，由于浪涌防护装置1000对高压浪涌能量起到了阻挡作用，所以充电系统4000也提高了对高压浪涌能量的防护作用。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种浪涌防护装置，其特征在于，所述浪涌防护装置包括第一防护模块，所述第一防护模块的输入端用于连接充电机的信号输出端，所述第一防护模块的输出端用于连接电子系统的信号输入端，所述第一防护模块包括：

采集单元，第一端用作所述第一防护模块的输入端；

退耦单元，包括开关元件，所述开关元件的第一端与所述采集单元的第二端连接，第二端用于连接所述电子系统的信号输入端，控制端与所述采集单元连接；

其中，当所述采集单元侦测到高压浪涌能量从所述第一防护模块的输入端输入时，所述采集单元控制常闭的所述开关元件断开。

2.根据权利要求1所述的浪涌防护装置，其特征在于，所述采集单元包括：

第一电阻，第一端用作所述第一防护模块的输入端，第二端与所述开关元件的第一端连接；

采集元件，用于采集所述第一电阻两端的电压；

控制器，连接所述采集元件与所述开关元件的控制端，当所述采集元件采集到所述第一电阻两端的电压达到电压阈值时，所述控制器控制常闭的所述开关元件断开。

3.根据权利要求1所述的浪涌防护装置，其特征在于，所述退耦单元进一步包括：

第二电阻，连接所述开关元件的第二端与所述电子系统的信号输入端。

4.根据权利要求1所述的浪涌防护装置，其特征在于，所述开关元件为继电器、高压隔离光耦中的一个。

5.根据权利要求1所述的浪涌防护装置，其特征在于，所述浪涌防护装置还包括：

第二防护模块，所述第一防护模块的输入端与地之间连接有所述第二防护模块，所述第二防护模块包括过压保护元件，当浪涌能量从所述第一防护模块的输入端输入时，所述过压保护元件导通，以释放所述浪涌能量。

6.根据权利要求5所述的浪涌防护装置，其特征在于，所述过压保护元件包括半导体放电管、瞬态抑制二极管、压敏电阻、气体放电管中的至少一个。

7.根据权利要求5所述的浪涌防护装置，其特征在于，所述浪涌防护装置进一步包括：

防护板，所述第一防护模块和所述第二防护模块设置在所述防护板上；

保护壳，所述防护板、所述第一防护模块以及所述第二防护模块设置在所述保护壳的内部。

8.根据权利要求7所述的浪涌防护装置，其特征在于，所述保护壳的材料为金属。

9.根据权利要求1所述的浪涌防护装置，其特征在于，所述第一防护模块进一步包括：

隔离电源模块，所述隔离电源模块一端连接外部电源，另一端连接所述采集单元以及所述退耦单元。

10.一种充电系统，其特征在于，所述充电系统包括充电机以及如权利要求1至9任一项所述的浪涌防护装置。