CN219833972U - 汽车充电桩电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及充电桩技术领域，提出了汽车充电桩电路，包括功率因数校正电路，功率因数校正电路包括电感L1、电阻R1、开关管Q1、电阻R3、运放U1和开关管Q2，电感L1的第二端连接开关管Q1的第一端，开关管Q1的第二端接地，电感L1的第二端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端连接运放U1的反相输入端，运放U1的输出端通过电阻R2连接开关管Q2的控制端，开关管Q2的第一端接地，开关管Q2的第二端连接开关管Q1的控制端，开关管Q1的控制端连接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端连接电感L1的第一端，电阻R3的第一端作为功率因数校正电路的输出端。通过上述技术方案，解决了现有技术中功率因数校正电路结构复杂的问题。

Description

汽车充电桩电路

技术领域

本实用新型涉及充电桩技术领域，具体的，涉及汽车充电桩电路。

背景技术

电动汽车快速发展的同时，电动汽车充电设备的发展也迎来了黄金时期。直流充电桩因输出为可调节直流电，可以提供足够大的功率，输出电压和电流可调节范围大，充电速度快而得到了广泛的应用，通过电网输入交流电，经过整流电路整流变成直流电，滤波后提供给高频DC-DC功率变换器，功率变换器经过直直变换输出需要的直流，再次滤波后为电动汽车动力蓄电池充电。然而电动汽车接入电网充电相当于非线性负载，不可避免地会给电网带来谐波污染，导致电能利用率下降，严重时甚至会损坏用电设备。目前，降低谐波污染的主要手段是采用功率因数校正，因此，设计电动汽车直流充电桩时必须考虑功率因数校正，但现有的功率因数校正电路的结构复杂，难以得到满意校正效果。

实用新型内容

本实用新型提出汽车充电桩电路，解决了现有技术中功率因数校正电路结构复杂的问题。

本实用新型的技术方案如下：

汽车充电桩电路，包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路包括电感L1、电阻R1、开关管Q1、电阻R3、电容C2、运放U1、电阻R2和开关管Q2，

所述电感L1的第一端作为所述功率因数校正电路的输入端，所述电感L1的第二端连接所述开关管Q1的第一端，所述开关管Q1的第二端接地，所述电感L1的第二端连接所述电容C2的正极，所述电容C2的负极接地，所述电感L1的第二端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的同相输入端连接Vref1参考电源，所述运放U1的输出端通过所述电阻R2连接所述开关管Q2的控制端，所述开关管Q2的第一端接地，所述开关管Q2的第二端连接所述开关管Q1的控制端，所述开关管Q1的控制端连接所述电阻R1的第一端，所述电阻R1的第二端连接所述电感L1的第一端，所述电阻R3的第一端作为所述功率因数校正电路的输出端。

进一步，本实用新型中还包括主控单元和电流检测电路，所述电流检测电路连接所述主控单元，所述电流检测电路包括开关管Q3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、变阻器RP1和运放U2，所述电阻R5的第一端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R5的第二端通过所述电阻R6连接所述开关管Q3的控制端，所述开关管Q3的第一端连接所述电阻R5的第一端，所述开关管Q3的第二端通过所述电阻R7连接所述运放U2的同相输入端，所述运放U2的反相输入端连接所述变阻器RP1的滑动端，所述变阻器RP1的第一端连接Vref2参考电源，所述变阻器RP1的第二端接地，所述运放U2的输出端连接所述主控单元的第一输入端。

进一步，本实用新型中还包括电网电压检测电路，所述电网电压检测电路包括变压器T1、变阻器RP2、电阻R13、电阻R14、运放U4和电阻R15，所述变压器T1的输入端接入电网，所述变压器T1的第一输出端连接所述变阻器RP2的第一端，所述变压器T1的第二输出端连接所述变阻器RP2的第二端，所述变阻器RP2的滑动端连接所述电阻R13的第一端，所述电阻R13的第二端连接所述运放U4的同相输入端，所述运放U4的反相输入端通过所述电阻R14接地，所述运放U4的输出端通过所述电阻R15连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端连接所述主控单元的第二输入端。

进一步，本实用新型中所述电网电压检测电路还包括运放U3，所述运放U3的同相输入端连接所述变阻器RP1的滑动端，所述运放U3的输出端连接所述运放U3的反相输入端，所述运放U3的输出端连接所述电阻R13的第一端。

进一步，本实用新型中还包括枪头温度检测电路，所述枪头温度检测电路包括电阻R17、电阻R18、热敏电阻RV1、变阻器RP3、电阻R19、电阻R20、运放U5和电阻R22，所述电阻R17的第一端连接5V电源，所述电阻R17的第二端通过所述热敏电阻RV1接地，所述电阻R18的第一端连接5V电源，所述电阻R18的第二端连接所述变阻器RP3的第一端，所述变阻器RP3的第二端接地，所述变阻器RP3的第一端通过所述电阻R20连接所述运放U5的反相输入端，所述电阻R17的第二端通过所述电阻R19连接所述运放U5的同相输入端，所述运放U5的输出端通过所述电阻R22连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的输出端连接所述主控单元的第三输入端。

进一步，本实用新型中还包括保护电路，所述保护电路包括光耦U9、电阻R11、开关管Q4、继电器K1和报警器LS1，所述光耦U9的第一输入端连接5V电源，所述光耦U9的第二输入端连接所述主控单元的第一输出端，所述光耦U9的第一输出端连接12V电源，所述光耦U9的第二输出端通过所述电阻R11连接所述开关管Q4的控制端，所述开关管Q4的第一端连接所述继电器K1的第一输入端，所述继电器K1的第二输入端连接12V电源，所述继电器K1的常闭端连接电网，所述继电器K1的公共端连接充电桩，所述开关管Q4的第二端连接所述报警器LS1的第一端，所述报警器LS1的第二端接地。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中，功率因数校正电路用于改善输入电流畸变，将其功率因数提高到接近1，从而有效降低充电桩的谐波污染。

将电网输入电压整流后加至电感L1的第一端，电感L1、开关管Q1和电容C2构成升压电路，电阻R3为输出采样电阻，采集升压后的电压，当电动汽车开始充电时，由之前电容C2上存储的电能为电阻R3提供电能，电容C2上所存储的电能大于Vref1参考电源，运放U1构成比较电路，运放U1反相输入端电压大于运放U1同相输入端电压，运放U1输出低电平，开关管Q2截止，电流经电阻R1后加至开关管Q1的控制端和开关管Q2的第二端，开关管Q1导通，电网电压经整流后向电感L1储能，随着电容C2放电时间其内部的电能减小，因此运放U1反相输入端电压减小，当运放U1反相输入端电压小于运放U1同相输入端电压时，运放U1输出高电平，开关管Q2导通，开关管Q2的第二端为低电平，开关管Q1截止，这时整流后的电网电压和电感L1上所存储的电压同时经二极管D2输出，同时为电容C2充电，这时运放U1反相输入端电压会不断上升，直至运放U1反相输入端电压大于运放U1同相输入端时，运放U1再次输出低电平，开关管Q2截止，电感L1再次充电，依次形成循环，开关管Q1的控制端输入电流影响输出占空比，其占空比与输入电流成反比，随输入电压线性变化。通过对开关管Q1控制端的调整，使输入平均电流呈正弦波形，且与输入电压保持同相位。

相比于传统的功率因数校正电路而言，本实用新型仅通过升压电路、比较电路即可改变开关管Q1的占空比，从而解决电动汽车充电桩工作时对电网造成谐波污染问题，因此，本实用新型中，功率因数校正电路的电路结构简单，控制过程方便。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型中功率因数校正电路的电路图；

图2为本实用新型中电流检测电路的电路图；

图3为本实用新型中电网电压检测电路的电路图；

图4为本实用新型中枪头温度检测电路的电路图；

图5为本实用新型中保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了汽车充电桩电路，包括功率因数校正电路，功率因数校正电路包括电感L1、电阻R1、开关管Q1、电阻R3、电容C2、运放U1、电阻R2和开关管Q2，电感L1的第一端作为功率因数校正电路的输入端，电感L1的第二端连接开关管Q1的第一端，开关管Q1的第二端接地，电感L1的第二端连接电容C2的正极，电容C2的负极接地，电感L1的第二端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端连接运放U1的反相输入端，运放U1的同相输入端连接Vref1参考电源，运放U1的输出端通过电阻R2连接开关管Q2的控制端，开关管Q2的第一端接地，开关管Q2的第二端连接开关管Q1的控制端，开关管Q1的控制端连接电阻R1的第一端，电阻R1的第二端连接电感L1的第一端，电阻R3的第一端作为功率因数校正电路的输出端。

本实施例中，功率因数校正电路用于改善输入电流畸变，将其功率因数提高到接近1，从而有效降低充电桩的谐波污染。

将电网输入电压整流后加至电感L1的第一端，电感L1、开关管Q1和电容C2构成升压电路，电阻R1为输入采样电阻，用于采集整流后的电网电压，电阻R3为输出采样电阻，采集升压后的电压，当电动汽车开始充电时，由之前电容C2上存储的电能为电阻R3提供电能，电容C2上所存储的电能大于Vref1参考电源，运放U1构成比较电路，运放U1反相输入端电压大于运放U1同相输入端电压，运放U1输出低电平，开关管Q2截止，电流经电阻R1后加至开关管Q1的控制端和开关管Q2的第二端，开关管Q1导通，电网电压经整流后向电感L1储能，随着电容C2放电时间其内部的电能减小，因此运放U1反相输入端电压减小，当运放U1反相输入端电压小于运放U1同相输入端电压时，运放U1输出高电平，开关管Q2导通，开关管Q2的第二端为低电平，开关管Q1截止，这时整流后的电网电压和电感L1上所存储的电压同时经二极管D2输出，同时为电容C2充电，这时运放U1反相输入端电压会不断上升，直至运放U1反相输入端电压大于运放U1同相输入端时，运放U1再次输出低电平，开关管Q2截止，电感L1再次充电，依次形成循环，开关管Q1的控制端输入电流影响输出占空比，其占空比与输入电流成反比，随输入电压线性变化。通过对开关管Q1控制端的调整，使输入平均电流呈正弦波形，且与输入电压保持同相位。

本实施例中，采用NPN型三极管作为开关管Q2，采用N沟道型场效应管作为开关管Q1。

本实施例中，功率因数校正电路的电路结构简单，控制过程方便。

如图2所示，本实施例中还包括主控单元和电流检测电路，电流检测电路连接主控单元，电流检测电路包括开关管Q3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、变阻器RP1和运放U2，电阻R5的第一端连接电阻R3的第一端，电阻R5的第二端通过电阻R6连接开关管Q3的控制端，开关管Q3的第一端连接电阻R5的第一端，开关管Q3的第二端通过电阻R7连接运放U2的同相输入端，运放U2的反相输入端连接变阻器RP1的滑动端，变阻器RP1的第一端连接Vref2参考电源，变阻器RP1的第二端接地，运放U2的输出端连接主控单元的第一输入端。

本实施例中，功率因数校正电路输出端连接逆变电路，逆变电路将功率因数校正电路输出需要的直流电。电路中电流的大小对充电桩电路而言起着重要的作用，电流过大的话会造成电路中的元器件发热，严重的话可能会引起火灾，因此，汽车充电桩电路中，对电流进行检测非常有必要。

具体的，电流检测电路的工作原理为：电阻R5作为采样电阻，电路中电流大时，电阻R5上的电压高，反之电阻R5上的电压低，当电路中电流正常时，开关管Q3截止，运放U2同相输入端电压小于运放U2反相输入端电压，运放U2构成比较电路，运放U2输出低电平信号至主控单元，

当电路中电流超过设定值时，开关管Q3控制端电压小于开关管Q3第一端电压，开关管Q3导通，运放U2同相输入端电压大于运放U2反相输入端电压，运放U2输出高电平至主控单元。主控单元根据接收到运放U2输出电平的不同判断充电桩电路的电流是否超过设定值。

如图3所示，本实施例中还包括电网电压检测电路，电网电压检测电路包括变压器T1、变阻器RP2、电阻R13、电阻R14、运放U4和电阻R15，变压器T1的输入端接入电网，变压器T1的第一输出端连接变阻器RP2的第一端，变压器T1的第二输出端连接变阻器RP2的第二端，变阻器RP2的滑动端连接电阻R13的第一端，电阻R13的第二端连接运放U4的同相输入端，运放U4的反相输入端通过电阻R14接地，运放U4的输出端通过电阻R15连接运放U4的反相输入端，运放U4的输出端连接主控单元的第二输入端。

充电桩在工作的过程中，当电网电压发生变化时，变换器直流母线上的电压就会出现电压变化的情况，会影响占空比的大小，从而影响充电桩电路的稳定性，因此，本实施例加入了电网电压检测电路，对电网电压进行检测。

具体的，电网电压检测电路的工作原理为：变压器T1用于将电网侧的高压变为低压信号，该低压信号经变阻器RP2后加至运放U4的同相输入端，运放U4构成放大电路，将变压器T1输出的电压信号放大后送至主控单元，其中电阻R16和电容C8构成低通滤波电路，用于滤除信号中的高频脉冲，二极管D4和二极管D5构成钳位电路，对主控单元起到保护作用，防止进入主控单元的电压过高。

如图3所示，本实施例中电网电压检测电路还包括运放U3，运放U3的同相输入端连接变阻器RP1的滑动端，运放U3的输出端连接运放U3的反相输入端，运放U3的输出端连接电阻R13的第一端。

本实施例中，为了提高电网电压检测的稳定性，在电网电压检测电路加入运放U3，运放U3构成跟随器，起到信号隔离的作用，防止电网检测电压与主控单元之间相互干扰。

如图4所示，本实施例中还包括枪头温度检测电路，枪头温度检测电路包括电阻R17、电阻R18、热敏电阻RV1、变阻器RP3、电阻R19、电阻R20、运放U5和电阻R22，电阻R17的第一端连接5V电源，电阻R17的第二端通过热敏电阻RV1接地，电阻R18的第一端连接5V电源，电阻R18的第二端连接变阻器RP3的第一端，变阻器RP3的第二端接地，变阻器RP3的第一端通过电阻R20连接运放U5的反相输入端，电阻R17的第二端通过电阻R19连接运放U5的同相输入端，运放U5的输出端通过电阻R22连接运放U5的反相输入端，运放U5的输出端连接主控单元的第三输入端。

充电桩在为汽车充电时，充电过程中的功率相对较大，长时间的充电导致充电枪头温度过高。为保证安全，枪头温度有一定范围，当温度超过此范围时充电桩必须停止工作以保障安全。

为此，在枪头内接入一个热敏电阻RV1，热敏电阻RV1用于检测充电桩在充电过程中枪头的温度，热敏电阻RV1、电阻R17、电阻R18和变阻器RP3构成电桥，不充电情况下电桥处于平衡状态，运放U5输入端电压为0，运放U5输出也为0，在充电过程中，随着枪头温度上升，电桥失衡，运放U5同相输入端电压高于运放U5反相输入端电压，经运放U5放大后送至主控单元，枪头的温度越高，运放U5输出电压的幅值越高，主控单元根据接收到的电压值判断枪头的温度情况，其中稳压管VD1起到保护作用，防止进入主控单元的电压过高。

如图5所示，本实施例中还包括保护电路，保护电路包括光耦U9、电阻R11、开关管Q4、继电器K1和报警器LS1，光耦U9的第一输入端连接5V电源，光耦U9的第二输入端连接主控单元的第一输出端，光耦U9的第一输出端连接12V电源，光耦U9的第二输出端通过电阻R11连接开关管Q4的控制端，开关管Q4的第一端连接继电器K1的第一输入端，继电器K1的第二输入端连接12V电源，继电器K1的常闭端连接电网，继电器K1的公共端连接充电桩，开关管Q4的第二端连接报警器LS1的第一端，报警器LS1的第二端接地。

保护电路用于对充电桩起到保护作用，当充电桩电路中的电流过高，电网电压变高或者枪头温度过高时，充电桩应该立即停止工作，从而对充电桩起到保护作用。

具体的，保护电路的工作原理为：当充电桩在充电过程中运行正常时，主控单元输出低电平至光耦U9的第二输入端，光耦U9导通，开关管Q4的控制端为高电平，开关管Q4截止，继电器K1不动作，电网正常接入充电桩，当充电桩电路出现电流过高，电网电压变高或者枪头温度过高时，主控单元输出高电平信号，光耦U9截止，开关管Q4控制端为低电平，开关管Q4导通，继电器K1得电吸合，继电器K1的常闭端断开，电网与充电桩断开，从而对充电桩起到保护作用。

当电网与充电桩断开的同时，报警器LS1发出报警声，表明此时充电桩电路故障。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.汽车充电桩电路，其特征在于，包括功率因数校正电路，所述功率因数校正电路包括电感L1、电阻R1、开关管Q1、电阻R3、电容C2、运放U1、电阻R2和开关管Q2，

所述电感L1的第一端作为所述功率因数校正电路的输入端，所述电感L1的第二端连接所述开关管Q1的第一端，所述开关管Q1的第二端接地，所述电感L1的第二端连接所述电容C2的正极，所述电容C2的负极接地，所述电感L1的第二端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的同相输入端连接Vref1参考电源，所述运放U1的输出端通过所述电阻R2连接所述开关管Q2的控制端，所述开关管Q2的第一端接地，所述开关管Q2的第二端连接所述开关管Q1的控制端，所述开关管Q1的控制端连接所述电阻R1的第一端，所述电阻R1的第二端连接所述电感L1的第一端，所述电阻R3的第一端作为所述功率因数校正电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的汽车充电桩电路，其特征在于，还包括主控单元和电流检测电路，所述电流检测电路连接所述主控单元，所述电流检测电路包括开关管Q3、电阻R5、电阻R6、电阻R7、变阻器RP1和运放U2，所述电阻R5的第一端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R5的第二端通过所述电阻R6连接所述开关管Q3的控制端，所述开关管Q3的第一端连接所述电阻R5的第一端，所述开关管Q3的第二端通过所述电阻R7连接所述运放U2的同相输入端，所述运放U2的反相输入端连接所述变阻器RP1的滑动端，所述变阻器RP1的第一端连接Vref2参考电源，所述变阻器RP1的第二端接地，所述运放U2的输出端连接所述主控单元的第一输入端。

3.根据权利要求2所述的汽车充电桩电路，其特征在于，还包括电网电压检测电路，所述电网电压检测电路包括变压器T1、变阻器RP2、电阻R13、电阻R14、运放U4和电阻R15，所述变压器T1的输入端接入电网，所述变压器T1的第一输出端连接所述变阻器RP2的第一端，所述变压器T1的第二输出端连接所述变阻器RP2的第二端，所述变阻器RP2的滑动端连接所述电阻R13的第一端，所述电阻R13的第二端连接所述运放U4的同相输入端，所述运放U4的反相输入端通过所述电阻R14接地，所述运放U4的输出端通过所述电阻R15连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端连接所述主控单元的第二输入端。

4.根据权利要求3所述的汽车充电桩电路，其特征在于，所述电网电压检测电路还包括运放U3，所述运放U3的同相输入端连接所述变阻器RP1的滑动端，所述运放U3的输出端连接所述运放U3的反相输入端，所述运放U3的输出端连接所述电阻R13的第一端。

5.根据权利要求2所述的汽车充电桩电路，其特征在于，还包括枪头温度检测电路，所述枪头温度检测电路包括电阻R17、电阻R18、热敏电阻RV1、变阻器RP3、电阻R19、电阻R20、运放U5和电阻R22，所述电阻R17的第一端连接5V电源，所述电阻R17的第二端通过所述热敏电阻RV1接地，所述电阻R18的第一端连接5V电源，所述电阻R18的第二端连接所述变阻器RP3的第一端，所述变阻器RP3的第二端接地，所述变阻器RP3的第一端通过所述电阻R20连接所述运放U5的反相输入端，所述电阻R17的第二端通过所述电阻R19连接所述运放U5的同相输入端，所述运放U5的输出端通过所述电阻R22连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的输出端连接所述主控单元的第三输入端。

6.根据权利要求2所述的汽车充电桩电路，其特征在于，还包括保护电路，所述保护电路包括光耦U9、电阻R11、开关管Q4、继电器K1和报警器LS1，所述光耦U9的第一输入端连接5V电源，所述光耦U9的第二输入端连接所述主控单元的第一输出端，所述光耦U9的第一输出端连接12V电源，所述光耦U9的第二输出端通过所述电阻R11连接所述开关管Q4的控制端，所述开关管Q4的第一端连接所述继电器K1的第一输入端，所述继电器K1的第二输入端连接12V电源，所述继电器K1的常闭端连接电网，所述继电器K1的公共端连接充电桩，所述开关管Q4的第二端连接所述报警器LS1的第一端，所述报警器LS1的第二端接地。