CN220307114U - 充电桩控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及充电桩技术领域，提出了充电桩控制电路，充电桩包括多个半桥组成的功率单元，每一半桥均设置有功率管控制电路，功率管控制电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电感L、电感L1、电感L2、电感L3和电感L4，电容C1的正极连接直流母线正端，电容C1的负极连接电容C2的正极，电容C2的负极连接电容C3的正极，电容C3的负极连接直流母线负端，电容C1的正极连接电感L4的第一端，电感L4的第二端连接二极管D7的阴极，二极管D7的阳极连接电容C5的负极，电容C5的正极连接电感L1的第一端。通过上述技术方案，解决了现有技术中充电桩充电效率低的问题。

Description

充电桩控制电路

技术领域

本实用新型涉及充电桩技术领域，具体的，涉及充电桩控制电路。

背景技术

充电桩是指为电动汽车提供能量补充的充电装置，其输入端与交流电网直接连接，输出端装有充电插头，用于为电动汽车充电。随着电动汽车的普及，充电桩的效率越来越受到关注。高效率的充电桩不仅能够提高充电速度，还能够减少能源浪费，降低充电成本。

实用新型内容

本实用新型提出充电桩控制电路，解决了相关技术中充电桩充电效率低的问题。

本实用新型的技术方案如下：所述充电桩包括多个半桥组成的功率单元，每一半桥均设置有功率管控制电路，所述功率管控制电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电感L、电感L1、电感L2、电感L3和电感L4，

所述电容C1的正极连接直流母线正端，所述电容C1的负极连接所述电容C2的正极，所述电容C2的负极连接所述电容C3的正极，所述电容C3的负极连接直流母线负端，所述电容C1的正极连接所述电感L4的第一端，所述电感L4的第二端连接所述二极管D7的阴极，所述二极管D7的阳极连接所述电容C5的负极，所述电容C5的正极连接所述电感L1的第一端，

所述电感L1的第二端连接所述电感L2的第一端，所述电感L2的第二端连接所述电容C4的正极，所述电感L3的第一端连接所述电容C3的负极，所述电感L3的第二端通过所述二极管D4连接所述电容C4的负极，所述电容C4的负极通过所述二极管D5连接所述电容C3的正极，

所述电感L1和所述电感L2分别与所述电感L耦合，所述电感L的第一端通过所述二极管D3连接所述电容C2的正极，所述电感L的第二端连接所述电容C2的负极，

所述电感L4的第一端用于与功率管Q1的第一端连接，所述电容C5的正极用于与功率管Q1的第二端连接，功率管Q1的控制端连接主控单元，所述电容C4的正极用于与功率管Q2的第一端连接，所述电感L3的第一端用于与功率管Q2的第二端连接，所述功率管Q2的控制端连接主控单元，

所述功率管Q1和所述功率管Q2组成一个半桥。

进一步，还包括交流接触器驱动电路，所述交流接触器驱动电路包括高压合闸电路和低压保持电路，所述高压合闸电路和所述低压保持电路结构相同，所述高压合闸电路包括反相器U9、开关管Q5、开关管Q6和光耦U6，

所述反相器U9的第一输入端连接主控单元的第一输出端，所述反相器U9的第一输出端连接所述低压保持电路的输入端，

所述开关管Q5的控制端连接主控单元的第一输出端，所述开关管Q5的第一端连接所述光耦U6的第二输入端，所述开关管Q5的第二端接地，所述光耦U6的第一输入端连接电源VCC，所述光耦U6的第一输出端连接电源24V，所述光耦U6的第二输出端连接所述开关管Q6的控制端，所述开关管Q6的第一端连接48V高压电源，所述开关管Q6的第二端作为高压合闸电路的输出，接入交流接触器线圈L5的第一端，交流接触器线圈L5的第二端接地。

进一步，还包括二极管D10和二极管D13，所述二极管D10的阳极连接所述高压合闸电路的输出端，所述二极管D13的阳极连接所述低压保持电路的输出端，所述二极管D10的阴极连接所述二极管D13的阴极。

进一步，交流接触器线圈L5的第二端和地之间设置有开关管Q8，还包括过压保护电路，所述过压保护电路包括二极管D14、二极管D15、二极管D16、电阻R25、电阻R26、运放U10、开关管Q7和开关管Q8，

所述二极管D14的阳极连接电网A相电源，所述二极管D15的阳极连接电网B相电源，所述二极管D16的阳极连接电网C相电源，所述二极管D14的阴极、所述二极管D15的阴极和所述二极管D16的阴极连接为一点，所述二极管D14的阴极连接电阻R25的第一端，所述电阻R25的第二端通过电阻R26接地，

所述电阻R25的第二端接入所述运放U10的同相输入端，所述运放U10的反相输入端连接基准电压VREF1，所述运放U10的输出端连接所述开关管Q7的控制端，所述开关管Q7的第一端通过电阻R17连接电源VCC，所述开关管Q7的第二端接地，所述开关管Q7的第一端接入所述开关管Q8的控制端，所述开关管Q8的第一端与交流接触器线圈L5的第二端连接，所述开关管Q8的第二端接地。

进一步，还包括电位器PR1，所述电位器PR1的第一固定端连接电源5V，所述电位器PR1的第二固定端接地，所述电位器PR1的滑动端作为所述基准电压VREF1，接入所述运放U10的反相输入端。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中功率管控制电路的设置，实现了降低功率管开关损耗的功能，减小了功率管的发热，而且提高了充电效率。

具体的，电容C1、电容C2和电容C3串联在直流电源Vd两端，电容C1、电容C2和电容C3的电压为直流电源Vd的三分之一，防止电容C4和电容C5在谐振过程中被过分充电，功率管Q1和功率管Q2的控制端连接主控单元。功率管控制电路共有如下九个工作过程：

初始状态时，电感L3和电感L4中储能为零，电容C5电压等于电容C1电压，电容C4电压等于电容C3电压。

第一工作过程：功率管Q1处于导通状态，功率管Q2处于关断状态，由于此时电容C5电压等于电容C1电压，因此功率管Q1第一端和第二端电压为零，功率管Q2关断，电感L2电流为零，功率管Q2流经电流为零，因此功率管Q1和功率管Q2的功耗为零。

第二工作过程：控制功率管Q1关断，功率管Q2导通，由第一工作过程可知功率管Q1第一端和第二端电压为零，功率管Q1实现零电压关断，由于电感L2的电流不能突变，功率管Q2流经电流为零，功率管Q2实现零电流导通。此时电容C4和电感L3产生谐振，电容C5和电感L1和电感L2产生谐振，当电容C5电压升高到两倍电容C2两端电压时，电感L1和电感L2中电流为最大值，之后电感L1和电感L2两端电压反向，电感L1和电感L2两端电压反向后，电感L1和电感L2中电流开始减小，电感L开始储能，电感L两端电压开始升高。

第三工作过程：此时功率管Q1处于关断状态，功率管Q2处于导通状态，在电容C4和电感L3的谐振过程中，当电容C4负极电压高于电容C3正极电压时，二极管D5导通，电感L3对电容C3释放能量。

第四工作过程：第二工作过程中可知，电感L两端电压开始升高，当电感L两端电压高于电容C2两端电压时，二极管D3导通，电感L对电容C2释放能量。此时电感L1，电感L2和电感L3中无储能，功率管Q1关断，电容C4和电容C5的电压为恒定值，电感L1中的电流为零。

第五工作过程：此时电感L中电流为零，二极管D3关断，此时功率管Q2导通，直流电源Vd对电感L2充电。

第六工作过程：控制功率管Q1导通，控制功率管Q2关断，由于二极管D2的续流作用，功率管Q2的第一端和第二端电压为零，实现了功率管Q2零电压关断。功率管Q1导通时，由于电感L1中的电流不能突变，因此流经功率管Q1中的电流为零，实现了功率管Q1的零电流导通。功率管Q1导通后，电容C5和电感L4产生谐振。由于二极管D2的续流和功率管Q1导通，此时电感L1和电感L2两端连接直流电源Vd，电感L4中电流开始减小，直到L4中电流反向。

第七工作过程：在电容C5和电感L4的谐振过程中，当电容C5的负极电压低于电容C1的负极电压时，二极管D6导通，电感L4中的储能释放到电容C1中。

第八工作过程：当在第六工作过程中电感L2的电流反向时，电容C4和电感L1、电感L2产生谐振，在谐振过程中，当电容C4两端电压达到两倍电容C3两端电压之后电感L1和电感L2中的电压反向，电感L1和电感L2中的电流减小，电感L充能，电感L两端电压升高。

第九工作过程：在第八工作过程中电感L充能，当电感L两端电压高于电容C2两端电压时，二极管D3导通，电感L中的能量释放到电容C2中，此时电感L1，电感L2和电感L4中无储能，功率管Q2关断，此时电容C4两端电压为恒定值，电感L2中电流为零。

当电感L中的电流为零时，重复第一一工作过程。

在功率管控制电路的工作过程中，功率管Q1在第二工作过程中关断，功率管Q1在第六工作过程中导通，功率管Q2在第二工作过程中导通，功率管Q2在第六工作过程中关断，实现了功率管Q1和功率管Q2的零电压关断和零电流导通。

附图说明

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。

图1为本实用新型中功率管控制电路原理图；

图2为本实用新型中交流接触器驱动电路原理图；

图3为本实用新型中过压保护电路原理图；

图中：1功率管控制电路，2交流接触器驱动电路，3过压保护电路。

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。

本实施例中，充电桩包括多个半桥组成的功率单元，每一半桥均设置有功率管控制电路，如图1所示，功率管控制电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电感L、电感L1、电感L2、电感L3和电感L4，

电容C1的正极连接直流母线正端，电容C1的负极连接电容C2的正极，电容C2的负极连接电容C3的正极，电容C3的负极连接直流母线负端，电容C1的正极连接电感L4的第一端，电感L4的第二端连接二极管D7的阴极，二极管D7的阳极连接电容C5的负极，电容C5的正极连接电感L1的第一端，

电感L1的第二端连接电感L2的第一端，电感L2的第二端连接电容C4的正极，电感L3的第一端连接电容C3的负极，电感L3的第二端通过二极管D4连接电容C4的负极，电容C4的负极通过二极管D5连接电容C3的正极，

电感L1和电感L2分别与电感L耦合，电感L的第一端通过二极管D3连接电容C2的正极，电感L的第二端连接电容C2的负极，

电感L4的第一端用于与功率管Q1的第一端连接，电容C5的正极用于与功率管Q1的第二端连接，功率管Q1的控制端连接主控单元，电容C4的正极用于与功率管Q2的第一端连接，电感L3的第一端用于与功率管Q2的第二端连接，功率管Q2的控制端连接主控单元，

功率管Q1和功率管Q2组成一个半桥。

本实施例中功率管控制电路的设置，实现了降低功率管开关损耗的功能，减小了功率管的发热，而且提高了充电效率。

具体的，电容C1、电容C2和电容C3串联在直流电源Vd两端，电容C1、电容C2和电容C3的电压为直流电源Vd的三分之一，防止电容C4和电容C5在谐振过程中被过分充电，功率管Q1和功率管Q2的控制端连接主控单元。功率管控制电路共有如下九个工作过程：

初始状态时，电感L3和电感L4中储能为零，电容C5电压等于电容C1电压，电容C4电压等于电容C3电压。

第一工作过程：功率管Q1处于导通状态，功率管Q2处于关断状态，由于此时电容C5电压等于电容C1电压，因此功率管Q1第一端和第二端电压为零，功率管Q2关断，电感L2电流为零，功率管Q2流经电流为零，因此功率管Q1和功率管Q2的功耗为零。

第二工作过程：控制功率管Q1关断，功率管Q2导通，由第一工作过程可知功率管Q1第一端和第二端电压为零，功率管Q1实现零电压关断，由于电感L2的电流不能突变，功率管Q2流经电流为零，功率管Q2实现零电流导通。此时电容C4和电感L3产生谐振，电容C5和电感L1和电感L2产生谐振，当电容C5电压升高到两倍电容C2两端电压时，电感L1和电感L2中电流为最大值，之后电感L1和电感L2两端电压反向，电感L1和电感L2两端电压反向后，电感L1和电感L2中电流开始减小，电感L开始储能，电感L两端电压开始升高。

第三工作过程：此时功率管Q1处于关断状态，功率管Q2处于导通状态，在电容C4和电感L3的谐振过程中，当电容C4负极电压高于电容C3正极电压时，二极管D5导通，电感L3对电容C3释放能量。

第四工作过程：第二工作过程中可知，电感L两端电压开始升高，当电感L两端电压高于电容C2两端电压时，二极管D3导通，电感L对电容C2释放能量。此时电感L1，电感L2和电感L3中无储能，功率管Q1关断，电容C4和电容C5的电压为恒定值，电感L1中的电流为零。

第五工作过程：此时电感L中电流为零，二极管D3关断，此时功率管Q2导通，直流电源Vd对电感L2充电。

第六工作过程：控制功率管Q1导通，控制功率管Q2关断，由于二极管D2的续流作用，功率管Q2的第一端和第二端电压为零，实现了功率管Q2零电压关断。功率管Q1导通时，由于电感L1中的电流不能突变，因此流经功率管Q1中的电流为零，实现了功率管Q1的零电流导通。功率管Q1导通后，电容C5和电感L4产生谐振。由于二极管D2的续流和功率管Q1导通，此时电感L1和电感L2两端连接直流电源Vd，电感L4中电流开始减小，直到L4中电流反向。

第七工作过程：在电容C5和电感L4的谐振过程中，当电容C5的负极电压低于电容C1的负极电压时，二极管D6导通，电感L4中的储能释放到电容C1中。

第八工作过程：当在第六工作过程中电感L2的电流反向时，电容C4和电感L1、电感L2产生谐振，在谐振过程中，当电容C4两端电压达到两倍电容C3两端电压之后电感L1和电感L2中的电压反向，电感L1和电感L2中的电流减小，电感L充能，电感L两端电压升高。

第九工作过程：在第八工作过程中电感L充能，当电感L两端电压高于电容C2两端电压时，二极管D3导通，电感L中的能量释放到电容C2中，此时电感L1，电感L2和电感L4中无储能，功率管Q2关断，此时电容C4两端电压为恒定值，电感L2中电流为零。

当电感L中的电流为零时，重复第一一工作过程。

在功率管控制电路的工作过程中，功率管Q1在第二工作过程中关断，功率管Q1在第六工作过程中导通，功率管Q2在第二工作过程中导通，功率管Q2在第六工作过程中关断，实现了功率管Q1和功率管Q2的零电压关断和零电流导通。

进一步，如图2所示，还包括交流接触器驱动电路，交流接触器驱动电路包括高压合闸电路和低压保持电路，高压合闸电路和低压保持电路结构相同，高压合闸电路包括反相器U9、开关管Q5、开关管Q6和光耦U6，

反相器U9的第一输入端连接主控单元的第一输出端，反相器U9的第一输出端连接低压保持电路的输入端，

开关管Q5的控制端连接主控单元的第一输出端，开关管Q5的第一端连接光耦U6的第二输入端，开关管Q5的第二端接地，光耦U6的第一输入端连接电源VCC，光耦U6的第一输出端连接电源24V，光耦U6的第二输出端连接开关管Q6的控制端，开关管Q6的第一端连接48V高压电源，开关管Q6的第二端作为高压合闸电路的输出，接入交流接触器线圈L5的第一端，交流接触器线圈L5的第二端接地。

交流接触器驱动电路包括高压合闸电路和低压保持电路，当需要控制交流接触器合闸时，主控单元的第一输出端输出高电平信号，开关管Q5导通，光耦U6第二输入端接地，光耦U6导通，光耦U6的第二输出端输出高电平控制开关管Q6导通，此时48V高压加在交流接触器线圈两端，交流接触器合闸工作。

交流接触器合闸之后，主控单元的第一输出端跳变为低电平信号，开关管Q3导通，光耦U7第二输入端接地，光耦U7导通，光耦U7的第二输出端输出高电平控制开关管Q4导通，此时12V低压加在交流接触器线圈两端，保持合闸状态。

本实施例中，高压合闸电路和低压保持电路的切换，避免交流接触器长时间工作在高压工况下，从而降低交流接触器的损耗。

进一步，如图2所示，还包括二极管D10和二极管D13，二极管D10的阳极连接高压合闸电路的输出端，二极管D13的阳极连接低压保持电路的输出端，二极管D10的阴极连接二极管D13的阴极。

二极管D10的阳极连接高压合闸电路的输出端，二极管D13的阳极连接低压保持电路的输出端，当二极管D10的阳极为高电平、二极管D13的阳极为低电平时，二极管D13起到反向截止的作用，避免高压信号接入低压保持电路中、造成电路元件损坏。

进一步，如图2-图3所示，交流接触器线圈L5的第二端和地之间设置有开关管Q8，还包括过压保护电路，过压保护电路包括二极管D14、二极管D15、二极管D16、电阻R25、电阻R26、运放U10、开关管Q7和开关管Q8，

二极管D14的阳极连接电网A相电源，二极管D15的阳极连接电网B相电源，二极管D16的阳极连接电网C相电源，二极管D14的阴极、二极管D15的阴极和二极管D16的阴极连接为一点，二极管D14的阴极连接电阻R25的第一端，电阻R25的第二端通过电阻R26接地，

电阻R25的第二端接入运放U10的同相输入端，运放U10的反相输入端连接基准电压VREF1，运放U10的输出端连接开关管Q7的控制端，开关管Q7的第一端通过电阻R17连接电源VCC，开关管Q7的第二端接地，开关管Q7的第一端接入开关管Q8的控制端，开关管Q8的第一端与交流接触器线圈L5的第二端连接，开关管Q8的第二端接地。

电网A相电源、电网B相电源和电网C相电源中任一相电压高于其他两相时，与该相电源连接的二极管导通，以电网A相电源为例，当电网A相电源高于电网B相电源和电网C相电源时，二极管D14导通。当电网A相电源、电网B相电源和电网C相电源均正常时，运放U10的同相输入端电压低于反相输入端的基准电压VREF1，运放U10输出低电平，开关管Q7关断，开关管Q7的集电极为高电平，开关管Q8导通，交流接触器线圈L5正常通电。

当电网A相电源、电网B相电源和电网C相电源中有一相电压过高时，运放U10的同相输入端电压高于反相输入端的基准电压VREF1，运放U10输出高电平，开关管Q7导通，开关管Q7的集电极为低电平，开关管Q8关断，交流接触器线圈L5断电、断开充电桩电源。

进一步，如图3所示，还包括电位器PR1，电位器PR1的第一固定端连接电源5V，电位器PR1的第二固定端接地，电位器PR1的滑动端作为基准电压VREF1，接入运放U10的反相输入端。

电位器PR1滑动端的电压作为基准电压VREF1输出，通过调节电位器RP1的阻值，可以调节基准电压VREF1，电路结构简单、操作方便。

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.充电桩控制电路，所述充电桩包括多个半桥组成的功率单元，其特征在于，每一半桥均设置有功率管控制电路（1），所述功率管控制电路（1）包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、电感L、电感L1、电感L2、电感L3和电感L4，

所述电容C1的正极连接直流母线正端，所述电容C1的负极连接所述电容C2的正极，所述电容C2的负极连接所述电容C3的正极，所述电容C3的负极连接直流母线负端，所述电容C1的正极连接所述电感L4的第一端，所述电感L4的第二端连接所述二极管D7的阴极，所述二极管D7的阳极连接所述电容C5的负极，所述电容C5的正极连接所述电感L1的第一端，

所述电感L1的第二端连接所述电感L2的第一端，所述电感L2的第二端连接所述电容C4的正极，所述电感L3的第一端连接所述电容C3的负极，所述电感L3的第二端通过所述二极管D4连接所述电容C4的负极，所述电容C4的负极通过所述二极管D5连接所述电容C3的正极，

所述电感L1和所述电感L2分别与所述电感L耦合，所述电感L的第一端通过所述二极管D3连接所述电容C2的正极，所述电感L的第二端连接所述电容C2的负极，

所述电感L4的第一端用于与功率管Q1的第一端连接，所述电容C5的正极用于与功率管Q1的第二端连接，功率管Q1的控制端连接主控单元，所述电容C4的正极用于与功率管Q2的第一端连接，所述电感L3的第一端用于与功率管Q2的第二端连接，所述功率管Q2的控制端连接主控单元，

所述功率管Q1和所述功率管Q2组成一个半桥。

2.根据权利要求1所述的充电桩控制电路，其特征在于，还包括交流接触器驱动电路（2），所述交流接触器驱动电路（2）包括高压合闸电路和低压保持电路，所述高压合闸电路和所述低压保持电路结构相同，所述高压合闸电路包括反相器U9、开关管Q5、开关管Q6和光耦U6，

所述反相器U9的第一输入端连接主控单元的第一输出端，所述反相器U9的第一输出端连接所述低压保持电路的输入端，

所述开关管Q5的控制端连接主控单元的第一输出端，所述开关管Q5的第一端连接所述光耦U6的第二输入端，所述开关管Q5的第二端接地，所述光耦U6的第一输入端连接电源VCC，所述光耦U6的第一输出端连接电源24V，所述光耦U6的第二输出端连接所述开关管Q6的控制端，所述开关管Q6的第一端连接48V高压电源，所述开关管Q6的第二端作为高压合闸电路的输出，接入交流接触器线圈L5的第一端，交流接触器线圈L5的第二端接地。

3.根据权利要求2所述的充电桩控制电路，其特征在于，还包括二极管D10和二极管D13，所述二极管D10的阳极连接所述高压合闸电路的输出端，所述二极管D13的阳极连接所述低压保持电路的输出端，所述二极管D10的阴极连接所述二极管D13的阴极。

4.根据权利要求2所述的充电桩控制电路，其特征在于，交流接触器线圈L5的第二端和地之间设置有开关管Q8，还包括过压保护电路（3），所述过压保护电路（3）包括二极管D14、二极管D15、二极管D16、电阻R25、电阻R26、运放U10、开关管Q7和开关管Q8；

所述二极管D14的阳极连接电网A相电源，所述二极管D15的阳极连接电网B相电源，所述二极管D16的阳极连接电网C相电源，所述二极管D14的阴极、所述二极管D15的阴极和所述二极管D16的阴极连接为一点，所述二极管D14的阴极连接电阻R25的第一端，所述电阻R25的第二端通过电阻R26接地；

所述电阻R25的第二端接入所述运放U10的同相输入端，所述运放U10的反相输入端连接基准电压VREF1，所述运放U10的输出端连接所述开关管Q7的控制端，所述开关管Q7的第一端通过电阻R17连接电源VCC，所述开关管Q7的第二端接地，所述开关管Q7的第一端接入所述开关管Q8的控制端，所述开关管Q8的第一端与交流接触器线圈L5的第二端连接，所述开关管Q8的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的充电桩控制电路，其特征在于，还包括电位器PR1，所述电位器PR1的第一固定端连接电源5V，所述电位器PR1的第二固定端接地，所述电位器PR1的滑动端作为所述基准电压VREF1，接入所述运放U10的反相输入端。