CN219834111U - 充电桩保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了充电桩保护电路，包括开关管保护电路，开关管保护电路包括光耦U8、开关管Q2、与非门U1、与非门U2、开关管Q1和与门U3，光耦U8的第二输入端为开关管保护电路的输入端，光耦U8的第一输出端连接5V电源，光耦U8的第二输入端连接开关管Q2的控制端，开关管Q2的第一端连接与非门U2的第一输入端，开关管Q2的第二端接地，与非门U2的第二输入端连接与非门U1的输出端，与非门U2的输出端通过电阻R3连接开关管Q1的控制端，开关管Q1的控制端连接与非门U1的第一输入端，开关管Q1的第二端接地，开关管Q1的第一端作为开关管保护电路的输出端，解决了现有逆变电路中对开关管的保护效果差的问题。

Description

充电桩保护电路

技术领域

本实用新型涉及充电保护技术领域，具体的，涉及充电桩保护电路。

背景技术

伴随着电动汽车的日益普及和快速发展，电动汽车的充电技术研究也越来越重要了。可靠的、稳定的、高效的电动汽车充电系统，对我国新能源汽车行业有着非常重要的意义，它将推动着电动汽车向前不断发展。

我国高速服务区大都设置有直流充电桩，电动汽车直流充电桩的充电系统结构主要由主电路、控制电路、驱动电路以及检测电路等组成，输入220V单相交流电，系统经过EMI滤波电路后通过整流、逆变和高频变压后再整流输出所需要的直流充电电压和充电电流，输出的直流电压和电流可直接给电动汽车的蓄电池充电，其中逆变电路在整个充电系统中起着重要作用，通过PWM控制方式调节斜对角开关管控制端脉冲的相位角θ来改变占空比的大小，从而实现输出直流电压的调节。工作过程中，当开关管的控制端电流过大时容易导致开关管的损坏，因此，通常在开关管的控制端通过串联电阻来限制电流大小，这种方法并不能对开关管起到很好的保护作用，当电流过高时仍然会对开关管造成损坏，严重的话可能造成火灾等安全隐患。

实用新型内容

本实用新型提出充电桩保护电路，解决了现有逆变电路中对开关管的保护效果差的问题。

本实用新型的技术方案如下：

充电桩保护电路，包括主控单元和开关管保护电路，所述开关管保护电路连接所述主控单元，所述开关管保护电路包括光耦U8、电阻R6、开关管Q2、与非门U1、与非门U2、电阻R3、开关管Q1、电阻R5和与门U3，

所述光耦U8的第一输入端连接5V电源，所述光耦U8的第二输入端作为所述开关管保护电路的输入端，所述光耦U8的第一输出端连接5V电源，所述光耦U8的第二输入端通过所述电阻R6连接所述开关管Q2的控制端，所述开关管Q2的第一端连接所述与非门U2的第一输入端，所述开关管Q2的第二端接地，所述与非门U2的第二输入端连接所述与非门U1的输出端，所述与非门U2的输出端通过所述电阻R3连接所述开关管Q1的控制端，所述开关管Q1的控制端连接所述与非门U1的第一输入端，所述与非门U1的第二输入端连接5V电源，所述开关管Q1的第一端通过所述电阻R5连接5V电源，所述开关管Q1的第二端接地，所述开关管Q1的第一端连接所述与门U3的第一输入端，所述与门U3的第二输入端连接所述主控单元的第一输出端，所述与门U3的输出端作为所述开关管保护电路的输出端。

进一步，本实用新型中还包括驱动电路，所述驱动电路包括电阻R20、开关管Q6、驱动器U9、电阻R1和电阻R7，所述电阻R20的第一端连接所述与门U3的输出端，所述电阻R20的第二端连接所述开关管Q6的控制端，所述开关管Q6的第一端连接所述驱动器U9的第一输入端，所述开关管Q6的第二端接地，所述驱动器U9的第二输入端通过所述电阻R1连接5V电源，所述驱动器U9的电流检测端连接所述光耦U8的第二输入端，所述驱动器U9的输出端连接所述电阻R7的第一端，所述电阻R7的第二端作为所述驱动电路的输出端。

进一步，本实用新型中还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括电阻R9、稳压管V2、变阻器RP1、运放U4、电阻R10、电阻R11、开关管Q3、开关管Q4和继电器K1，所述电阻R9的第一端作为所述过压保护电路的输入端，所述电阻R9的第二端连接所述稳压管V2的阴极，所述稳压管V2的阳极接地，所述电阻R9的第二端连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的同相输入端连接所述变阻器RP1的滑动端，所述变阻器RP1的第一端连接所述电阻R9的第一端，所述变阻器RP1的第二端接地，所述运放U4的输出端通过所述电阻R10连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端通过所述电阻R11连接所述开关管Q3的控制端，所述开关管Q3的第一端连接12V电源，所述开关管Q3的第二端接地，所述开关管Q3的第一端连接所述开关管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，所述开关管Q4的第二端接地，所述继电器K1的第二端连接12V电源，所述继电器K1的常开端连接电网，所述继电器K1的公共端连接直流充电桩。

进一步，本实用新型中还包括欠压保护电路，所述欠压保护电路包括电阻R14、稳压管V3、变阻器RP2、运放U5和电阻R13，所述电阻R14的第一端连接所述电阻R9的第一端，所述电阻R14的第二端连接所述稳压管V3的阴极，所述稳压管V3的阳极接地，所述运放U5的同相输入端连接所述电阻R14的第二端，所述运放U5的反相输入端连接变阻器RP2的滑动端，所述变阻器RP2的第一端连接所述电阻R14的第一端，所述变阻器RP2的第二端接地，所述运放U5的输出端通过所述电阻R13连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的输出端连接所述运放U4的输出端。

进一步，本实用新型中还包括电压检测电路，所述电压检测电路包括电压传感器U6、电阻R17、运放U7、和电阻R18，所述电压传感器U6的第一输入端连接火线，所述电压传感器U6的第二输入端连接地线，所述电压传感器U6的输出端通过所述运放U7的同相输入端，所述运放U7的输出端连接所述运放U7的反相输入端，所述运放U7的输出端连接所述电阻R18的第一端，所述电阻R18的第二端连接所述电阻R9的第一端。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中，开关管保护电路用于起到保护开关管的作用，当开关管控制端的电流超过设定值时，开关管的控制端不再接收主控单元输出的PWM控制信号，避免开关管长期工作在大电流的状态从而对开关管起到保护作用，防止开关管损坏。

具体的，开关管保护电路的工作原理为：光耦U8的第二输入端用于接收开关管控制端的电流，当开关管控制端的电流正常时，光耦U8的的第二输入端为高电平，光耦U8截止，开关管Q2截止，与非门U1的输出端为高电平，与非门U2的输出端为低电平，开关管Q1截止，与门U3的第一输入端为高电平，与门U3的输出电平取决于与门U3第二输入端的输入电平，与非门U3输出与主控单元输出PWM控制信号相位相同的PWM控制信号，从而控制开关管导通或截止。当开关管控制端的电流超过设定值时，光耦U8的第二输入端为低电平，光耦U8导通，三极管Q2导通，与非门U2的第一输入端由高电平变为低电平，与非门U2输出变为高电平，开关管Q1导通，与门U3的第一输入端为低电平，与门U3输出为低电平，开关管截止，逆变电路停止工作，直流充电桩停止向电动汽充电，避免因开关管损坏而造成更大的危险。

本实用新型中，通过接收流过开关管控制端的电流大小，判断开关管控制端的电流是否过高，当开关管控制端的电流没超过设定值时，逆变电路可正常工作，当开关管控制端电流超过设定值时，使开关管截止，从而起到保护开关管的作用。相比于在开关管的控制端通过串联电阻而言，本实用新型能够防止逆变电路中的开关管因控制端的电流过大而损坏。

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为本实用新型中开关管保护电路的电路图；

图2为本实用新型中驱动电路的电路图；

图3为本实用新型中过压保护电路的电路图；

图4为本实用新型中欠压保护电路的电路图；

图5为本实用新型中电压检测电路的电路图。

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，本实施例提出了充电桩保护电路，包括主控单元和开关管保护电路，开关管保护电路连接主控单元，开关管保护电路包括光耦U8、电阻R6、开关管Q2、与非门U1、与非门U2、电阻R3、开关管Q1、电阻R5和与门U3，光耦U8的第一输入端连接5V电源，光耦U8的第二输入端作为开关管保护电路的输入端，光耦U8的第一输出端连接5V电源，光耦U8的第二输入端通过电阻R6连接开关管Q2的控制端，开关管Q2的第一端连接与非门U2的第一输入端，开关管Q2的第二端接地，与非门U2的第二输入端连接与非门U1的输出端，与非门U2的输出端通过电阻R3连接开关管Q1的控制端，开关管Q1的控制端连接与非门U1的第一输入端，与非门U1的第二输入端连接5V电源，开关管Q1的第一端通过电阻R5连接5V电源，开关管Q1的第二端接地，开关管Q1的第一端连接与门U3的第一输入端，与门U3的第二输入端连接主控单元的第一输出端，与门U3的输出端作为开关管保护电路的输出端。

直流充电桩系统在正常工作中，电网电压经过EMI滤波电路后通过整流、逆变和高频变压后再整流输出所需要的直流充电电压和充电电流，输出的直流电压和电流可直接给电动汽车的蓄电池充电。对于逆变电路，本实施例采用的是PWM控制方式，通过PWM控制方式调节斜对角开关管控制端脉冲的相位角θ来改变占空比的大小，从而实现输出直流电压的调节。

本实施例中，PWM控制信号由主控单元输出，开关管保护电路用于起到保护开关管的作用，当开关管控制端的电流超过设定值时，开关管的控制端不再接收PWM控制信号，避免开关管长期工作在大电流的状态从而对开关管起到保护作用，防止开关管损坏。

具体的，开关管保护电路的工作原理为：光耦U8的第二输入端用于接收开关管控制端的电流，当开关管控制端的电流正常时，光耦U8的的第二输入端为高电平，光耦U8截止，开关管Q2截止，开关管Q2的第一端为高电平，与非门U1的输出端为高电平，因此与非门U2的输出端为低电平，开关管Q1截止，因此，与门U3的第一输入端为高电平，这时，与门U3的输出电平取决于与门U3第二输入端的输入电平，当主控单元输出PWM控制信号时，与非门U3输出与主控单元输出PWM控制信号相位相同的PWM控制信号，与非门U3输出的PWM控制信号送至开关管的控制端，从而控制开关管导通或截止。

当开关管控制端的电流超过设定值时，光耦U8的第二输入端为低电平，光耦U8导通，三极管Q2导通，与非门U2的第一输入端由高电平变为低电平，与非门U2输出变为高电平，开关管Q1导通，与门U3的第一输入端为低电平，因此，与门U3输出为低电平，这时开关管截止，逆变电路停止工作，直流充电桩停止向电动汽充电，避免因开关管损坏而造成更大的危险。

本实施例中，通过接收流过开关管控制端的电流大小，判断开关管控制端的电流是否过高，当开关管控制端的电流没超过设定值时，逆变电路可正常工作，当开关管控制端电流超过设定值时，使开关管截止，从而起到保护开关管的作用。

如图2所示，本实施例中还包括驱动电路，驱动电路包括电阻R20、开关管Q6、驱动器U9、电阻R1和电阻R7，电阻R20的第一端连接与门U3的输出端，电阻R20的第二端连接开关管Q6的控制端，开关管Q6的第一端连接驱动器U9的第一输入端，开关管Q6的第二端接地，驱动器U9的第二输入端通过电阻R1连接5V电源，驱动器U9的电流检测端连接光耦U8的第二输入端，驱动器U9的输出端连接电阻R7的第一端，电阻R7的第二端作为驱动电路的输出端。

本实施例中，由于主控单元输出的PWM控制信号比较微弱，无法直接驱动逆变电路中的开关管，因此，本实施例加入了驱动电路来提高PWM控制信号的驱动能力。

具体的，驱动电路的工作原理为：当逆变电路中开关管的控制端的电流正常时，充电过程中与门U3输出PWM控制信号，PWM信号为高电平时，开关管Q6导通，驱动器U9的第一输入端为低电平，驱动器U9输出高电平，当PWM控制信号为低电平时，驱动器U9的第一输入端为高电平，驱动器U9输出低电平，依次形成循环，驱动器U9的输出信号经电阻R7后加至开关管的控制端。同时驱动器U9内部可以检测PWM控制信号的驱动电流大小，当电流小于设定值时，驱动器U9的电流检测端(OD引脚)输出高电平至光耦U8的第二输入端，当电流大于设定值时，驱动器U9的电流检测端(OD引脚)输出低电平至光耦U8的第二输入端。

如图3所示，本实施例中还包括过压保护电路，过压保护电路包括电阻R9、稳压管V2、变阻器RP1、运放U4、电阻R10、电阻R11、开关管Q3、开关管Q4和继电器K1，电阻R9的第一端作为过压保护电路的输入端，电阻R9的第二端连接稳压管V2的阴极，稳压管V2的阳极接地，电阻R9的第二端连接运放U4的反相输入端，运放U4的同相输入端连接变阻器RP1的滑动端，变阻器RP1的第一端连接电阻R9的第一端，变阻器RP1的第二端接地，运放U4的输出端通过电阻R10连接运放U4的反相输入端，运放U4的输出端通过电阻R11连接开关管Q3的控制端，开关管Q3的第一端连接12V电源，开关管Q3的第二端接地，开关管Q3的第一端连接开关管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，开关管Q4的第二端接地，继电器K1的第二端连接12V电源，继电器K1的常开端连接电网，继电器K1的公共端连接直流充电桩。

当电网电压发生变化时，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，从而对破坏逆变电路的稳定性，更严重的话就会烧坏功率开关管，所以必须在直流充电系统中加上过压保护电路。

过压保护电路用于检测电网变化时导致的过压情况，当出现过压时，切断电网与直流充电桩之间的连接，起到保护作用，电阻R9的第一端是经电压检测电路处理后得到的低压信号，经电阻R9和稳压管V2后加至运放U4的反相输入端作为参考电压，运放U4的同相输入端用于实时检测电网电压，当电网电压正常时，运放U4反相输入端电压高于运放U4同相输入端电压，运放U4输出低电平信号，开关管Q3截止，开关管Q4导通，继电器K1的公共端和继电器K1的常开端连接，即直流充电桩正常接入电网；当电网出现过压时，运放U4输出高电平，开关管Q3导通，开关管Q4截止，继电器K1断电，直流充电桩与电网断开，从而保护直流充电桩。

如图4所示，本实施例中还包括欠压保护电路，欠压保护电路包括电阻R14、稳压管V3、变阻器RP2、运放U5和电阻R13，电阻R14的第一端连接电阻R9的第一端，电阻R14的第二端连接稳压管V3的阴极，稳压管V3的阳极接地，运放U5的同相输入端连接电阻R14的第二端，运放U5的反相输入端连接变阻器RP2的滑动端，变阻器RP2的第一端连接电阻R14的第一端，变阻器RP2的第二端接地，运放U5的输出端通过电阻R13连接运放U5的反相输入端，运放U5的输出端连接运放U4的输出端。

电网处于欠压时，由于电压不够，会使直流充电桩内部元件损坏，也可能导致火灾的发生，因此，对直流充电桩进行欠压保护也是非常有必要，当电网电压正常时，运放U5反相输入端电压高于运放U5同相输入端电压，运放U5输出低电平加至运放U4的输出端，这时继电器K1内部线圈得电吸合，直流充电桩与电网正常连接，当出现欠压情况时，运放U5输出高电平，这时与过压情况相同，开关管Q3导通，开关管Q4截止，继电器K1断电，直流充电桩与电网断开，从而保护直流充电桩。

如图5所示，本实施例中还包括电压检测电路，电压检测电路包括电压传感器U6、电阻R17、运放U7、和电阻R18，电压传感器U6的第一输入端连接火线，电压传感器U6的第二输入端连接地线，电压传感器U6的输出端通过运放U7的同相输入端，运放U7的输出端连接运放U7的反相输入端，运放U7的输出端连接电阻R18的第一端，电阻R18的第二端连接电阻R9的第一端。

电压检测电路用于检测电网电压的变化，电压传感器U6用于检测电网侧的交流高压变为低压信号，电容C6起到滤波作用，滤除信号中的高频脉冲，然后经过由运放U6构成的跟随器，跟随器可以起到隔离的作用，最后电容C7起到滤波作用，将交流信号变为直流信号输出至电阻R9的第一端。

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 (5)

1.充电桩保护电路，其特征在于，包括主控单元和开关管保护电路，所述开关管保护电路连接所述主控单元，所述开关管保护电路包括光耦U8、电阻R6、开关管Q2、与非门U1、与非门U2、电阻R3、开关管Q1、电阻R5和与门U3，

所述光耦U8的第一输入端连接5V电源，所述光耦U8的第二输入端作为所述开关管保护电路的输入端，所述光耦U8的第一输出端连接5V电源，所述光耦U8的第二输入端通过所述电阻R6连接所述开关管Q2的控制端，所述开关管Q2的第一端连接所述与非门U2的第一输入端，所述开关管Q2的第二端接地，所述与非门U2的第二输入端连接所述与非门U1的输出端，所述与非门U2的输出端通过所述电阻R3连接所述开关管Q1的控制端，所述开关管Q1的控制端连接所述与非门U1的第一输入端，所述与非门U1的第二输入端连接5V电源，所述开关管Q1的第一端通过所述电阻R5连接5V电源，所述开关管Q1的第二端接地，所述开关管Q1的第一端连接所述与门U3的第一输入端，所述与门U3的第二输入端连接所述主控单元的第一输出端，所述与门U3的输出端作为所述开关管保护电路的输出端。

2.根据权利要求1所述的充电桩保护电路，其特征在于，还包括驱动电路，所述驱动电路包括电阻R20、开关管Q6、驱动器U9、电阻R1和电阻R7，所述电阻R20的第一端连接所述与门U3的输出端，所述电阻R20的第二端连接所述开关管Q6的控制端，所述开关管Q6的第一端连接所述驱动器U9的第一输入端，所述开关管Q6的第二端接地，所述驱动器U9的第二输入端通过所述电阻R1连接5V电源，所述驱动器U9的电流检测端连接所述光耦U8的第二输入端，所述驱动器U9的输出端连接所述电阻R7的第一端，所述电阻R7的第二端作为所述驱动电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的充电桩保护电路，其特征在于，还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括电阻R9、稳压管V2、变阻器RP1、运放U4、电阻R10、电阻R11、开关管Q3、开关管Q4和继电器K1，所述电阻R9的第一端作为所述过压保护电路的输入端，所述电阻R9的第二端连接所述稳压管V2的阴极，所述稳压管V2的阳极接地，所述电阻R9的第二端连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的同相输入端连接所述变阻器RP1的滑动端，所述变阻器RP1的第一端连接所述电阻R9的第一端，所述变阻器RP1的第二端接地，所述运放U4的输出端通过所述电阻R10连接所述运放U4的反相输入端，所述运放U4的输出端通过所述电阻R11连接所述开关管Q3的控制端，所述开关管Q3的第一端连接12V电源，所述开关管Q3的第二端接地，所述开关管Q3的第一端连接所述开关管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，所述开关管Q4的第二端接地，所述继电器K1的第二端连接12V电源，所述继电器K1的常开端连接电网，所述继电器K1的公共端连接直流充电桩。

4.根据权利要求3所述的充电桩保护电路，其特征在于，还包括欠压保护电路，所述欠压保护电路包括电阻R14、稳压管V3、变阻器RP2、运放U5和电阻R13，所述电阻R14的第一端连接所述电阻R9的第一端，所述电阻R14的第二端连接所述稳压管V3的阴极，所述稳压管V3的阳极接地，所述运放U5的同相输入端连接所述电阻R14的第二端，所述运放U5的反相输入端连接变阻器RP2的滑动端，所述变阻器RP2的第一端连接所述电阻R14的第一端，所述变阻器RP2的第二端接地，所述运放U5的输出端通过所述电阻R13连接所述运放U5的反相输入端，所述运放U5的输出端连接所述运放U4的输出端。

5.根据权利要求4所述的充电桩保护电路，其特征在于，还包括电压检测电路，所述电压检测电路包括电压传感器U6、电阻R17、运放U7、和电阻R18，所述电压传感器U6的第一输入端连接火线，所述电压传感器U6的第二输入端连接地线，所述电压传感器U6的输出端通过所述运放U7的同相输入端，所述运放U7的输出端连接所述运放U7的反相输入端，所述运放U7的输出端连接所述电阻R18的第一端，所述电阻R18的第二端连接所述电阻R9的第一端。