交流充电桩输出保护电路、交流充电桩及充电装置的制作方法

1.本发明涉及检测保护电路领域，特别涉及一种交流充电桩输出保护电路、交流充电桩及充电装置。


背景技术：

2.随着新能源汽车的发展，汽车充电的安全性也得到人们更多的重视。针对交流充电桩而言，现有的交流充电桩并没有输出短路检测的功能，虽然充电桩发生短路的故障概率并不高，但发生输出短路而未进行检测，仍然按照正常的充电流程进行充电，这样会造成交流充电桩出现无法修复的故障，甚至引起火灾的危险。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出一种交流充电桩输出保护电路及照明设备，旨在解决交流充电桩由于没有输出保护的功能造成短路的问题。
4.为实现上述目的，本发明提出交流充电桩输出保护电路用于交流充电桩，包括：零线输入端、零线输出端；
5.开关电路，串联设置于所述零线输入端和所述零线输出端之间；
6.分压检测电路，串联设置于所述零线输出端和高地极之间，所述分压检测电路设置有检测端，所述分压检测电路用于根据所述检测端的电压输出对应的控制信号；
7.控制电路，分别与所述分压检测电路的输出端和所述开关电路的受控端电连接，用于接收所述分压检测电路输出的控制信号，并根据所述控制信号，控制所述开关电路的导通/关断。
8.可选地，所述分压检测电路包括多个电阻单元，所述多个电阻单元串联于所述交流充电桩的零线输出端和地极之间。
9.可选地，所述电阻单元的数量具体为两个，两个所述电阻单元分别为第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端与所述零线输出端电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第二电阻的第一端电连接，所述第二电阻的第二端接所述高地极。
10.可选地，所述分压检测电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阴极与所述零线输入端电连接，所述第一二极管的阳极与所述第一电阻的第一端电连接。
11.可选地，所述分压检测电路还包括第一电容，所述第一电容并联设置于所述第二电阻的第一端和所述高地极之间。
12.可选地，所述交流充电桩输出保护电路还包括隔离电路，所述隔离电路串联设置于所述分压检测电路和所述控制电路之间，所述隔离电路用于对所述分压检测电路输出的控制信号进行隔离后输出至所述控制电路。
13.可选地，所述控制电路包括单片机，所述单片机分别与所述分压检测电路的输出端和所述开关电路的受控端电连接，用于接收所述分压检测电路输出的控制信号，并根据所述控制信号，控制所述开关电路的导通/关断。
14.可选地，所述交流充电桩输出保护电路还包括报警装置，所述报警装置与所述控制电路电连接，所述控制电路还用于根据所述分压检测电路输出的控制信号控制所述报警装置工作。
15.本发明提出一种交流充电桩，所述交流充电桩包括如上所述的交流充电桩输出保护电路。
16.本发明提出一种充电装置，所述充电装置包括如上所述的交流充电桩。
17.本发明通过设置零线输入端、零线输出端、开关电路、分压检测电路和控制电路；开关电路串联设置于零线输入端和零线输出端之间，分压检测电路串联设置于零线输出端和高地极之间，所述分压检测电路设置有检测端，控制电路分别与分压检测电路的输出端和开关电路的受控端电连接。工作时，分压检测电路根据检测端的电压输出对应的工作信号，控制开关电路的导通/关断，检测端根据检测端的电压计算出火线输出端和零线输出端之间的电阻值，在火线输出端和零线输出端之间的电阻值大于阈值电阻时，控制开关电路导通，交流充电桩正常工作在火线输出端和零线输出端之间的电阻值小于或等于阈值电阻时，控制电路控制开关电路关断，避免在火线输出端和零线输出端之间的电阻值较小时，火线和零线会形成回路而导致充电桩输出短路的问题，实现对交流充电桩输出的短路保护。本发明解决了交流充电桩由于没有输出保护的功能造成短路的问题。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
19.图1为本发明交流充电桩输出保护电路一实施例的功能模块示意图；
20.图2为本发明交流充电桩输出保护电路一实施例的电路结构示意图。
21.附图标号说明：
22.标号名称标号名称10分压检测电路20控制电路30开关电路n-in零线输入端n-out零线输出端l-out火线输出端d1第一二极管r1-r2第一电阻-第二电阻c1第一电容
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23.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
25.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，
则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
26.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
27.本发明提出交流充电桩输出保护电路，用于交流充电桩，旨在解决交流充电桩由于没有输出保护的功能造成短路的问题。
28.参照图1，在本发明一实施例中，该交流充电桩输出保护电路，用于交流充电桩，包括：
29.零线输入端n-in、零线输出端n-out；
30.开关电路30，串联设置于所述零线输入端n-in和所述零线输出端n-out之间；
31.分压检测电路10，串联设置于所述零线输出端n-out和高地极之间，所述分压检测电路10设置有检测端，所述分压检测电路10用于根据所述检测端的电压输出对应的控制信号；
32.控制电路20，分别与所述分压检测电路10的输出端和所述开关电路30的受控端电连接，用于接收所述分压检测电路10输出的控制信号，并根据所述控制信号，控制所述开关电路30的导通/关断。
33.在本实施例中，交流充电桩输出保护电路用于保护交流充电桩，交流充电桩的输出端输出电压为220v交流电，火线输出端l-out和零线输出端n-out为交流充电桩的输出端，交流充电桩的工作状态不同，火线输出端l-out和零线输出端n-out之间不同。其中，在交流充电桩正常工作时，火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值很大，在交流充电桩输出短路时，火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值很小。
34.分压检测电路10串联设置于零线输出端n-out和高地极之间，火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值不同，分压检测电路10两端的电压不同。假设火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值为ra，分压检测电路10的电阻值为rb，ra和rb串联于火线输出端l-out和高地极之间，ra和rb两端的电压为火线输出端l-out的电压，假设为u，rb两端的电压值u2＝rb*u/(ra rb)，其中，在ra和rb两端的电压值u不变且分压检测电路10的电阻值rb不变时，火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值ra变化，rb两端的电压值u2对应变化，其中，ra越大对应的u2越小，ra越小对应的u2越大。u2＝rb*u/(ra rb)，即ra＝rb*(u-u2)/u。通过检测到u2的值，且火线输出端l-out的电压u且分压检测电路10的电阻值rb已知时，再根据公式ra＝rb*(u-u2)/u，计算出火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值ra的值。
35.在公式ra＝rb*(u-u2)/u中，u的值恒为220v交流电压，检测端设为分压检测电路10的输入端，u2为分压检测电路10的输入端的电压值，rb为分压检测电路10的输入端到高地极的电阻。为提升计算电阻值ra的准确性，检测端设有多个，u2设有多个，对应的rb设有多个，通过在分压检测电路10设有多个检测端，检测端相对于高地极之间的电阻值rb已知，
u的值恒为220v交流电压，再通过分压检测电路10根据检测端的电压值u2，计算出对应的ra。由多组u2和rb所计算出的对应多组ra，相对于只取一组u2和rb的结果增加了准确性。
36.控制电路20根据分压检测电路10所检测到的火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值，判断交流充电桩是否处于短路状态，并根据交流充电桩是否处于短路状态来控制开关电路30的导通/关断。具体地，控制电路20预设有阈值电阻，在检测到的火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值大于阈值电阻时，判断交流充电桩不处于短路状态，控制电路20控制开关电路30导通，在检测到的火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值小于或等于阈值电阻时，判断交流充电桩处于短路状态，控制电路20控制开关电路30关断。
37.开关电路30串联设置于零线输入端n-in和零线输出端n-out之间，在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值小于或等于阈值电阻时，开关电路30需处于关断状态，若此时开关电路30导通，由于火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值较小，火线和零线会形成回路，导致充电桩输出短路。在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值小于或等于阈值电阻时，开关电路30需处于导通状态，若此时开关电路30关断，此时零线输入端n-in和零线输出端n-out不导通，交流充电桩无法工作。因此，开关电路30的导通/关断由控制电路20控制，在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值大于阈值电阻时，控制开关电路30导通，交流充电桩正常工作；在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值小于或等于阈值电阻时，控制开关电路30关断，避免在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值较小时，火线和零线会形成回路而导致充电桩输出短路的问题。
38.本实施例的工作原理，根据分压检测电路10检测端的电压和对应的分压公式计算出火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值，在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值大于阈值电阻时，控制开关电路30导通，交流充电桩正常工作在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值小于或等于阈值电阻时，控制电路20控制开关电路30关断，避免在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值较小时，火线和零线会形成回路而导致充电桩输出短路的问题，实现对交流充电桩输出的短路保护。
39.本发明通过设置零线输入端n-in、零线输出端n-out、开关电路30、分压检测电路10和控制电路20；开关电路30串联设置于零线输入端n-in和零线输出端n-out之间，分压检测电路10串联设置于零线输出端n-out和高地极之间，所述分压检测电路10设置有检测端，控制电路20分别与分压检测电路10的输出端和开关电路30的受控端电连接。工作时，分压检测电路10根据检测端的电压输出对应的工作信号，控制开关电路30的导通/关断，检测端根据检测端的电压计算出火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值，在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值大于阈值电阻时，控制开关电路30导通，交流充电桩正常工作在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值小于或等于阈值电阻时，控制电路20控制开关电路30关断，避免在火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值较小时，火线和零线会形成回路而导致充电桩输出短路的问题，实现对交流充电桩输出的短路保护。本发明解决了交流充电桩由于没有输出保护的功能造成短路的问题。
40.在一实施例中，所述分压检测电路10包括多个电阻单元，所述多个电阻单元串联于所述交流充电桩的零线输出端n-out和地极之间。
41.本实施例中，多个电阻单元串联于交流充电桩的零线输出端n-out和地极之间，每一个电阻单元自带电阻值，每一个电阻单元两端的电压值不同，各电阻单元连接点的电压值各不相同。为提升分压检测电路10计算火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值的准确性，分压检测电路10的检测端设有多个，分压检测电路10的检测端设于相邻两个电阻单元之间的连接点上，通过多个检测端的电压值计算火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值ra，提升了计算结果的准确性。
42.例如，分压检测电路10包括三个电阻单元，电阻单元a、电阻单元b和电阻单元c。其中，电阻单元a与电阻单元b的连接点的电压值uab和电阻单元b与电阻单元c的连接点的电压值ubc不同，根据uab和ubc可以计算出两组ra的值，提升了计算结果的准确性。
43.参照图2，在一实施例中，所述电阻单元的数量具体为两个，两个所述电阻单元分别为第一电阻r1和第二电阻r2，所述第一电阻r1的第一端与所述零线输出端电连接，所述第一电阻r1的第二端分别与所述第二电阻r2的第一端电连接，所述第二电阻r2的第二端接所述高地极。
44.在本实施例中，分压检测电路10的检测端分别设置于第一电阻r1的第一端和第二电阻r2的第一端。其中，第一电阻r1的第一端的电压值为u12，第二电阻r2的第一端为u23，可以计算出两组火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值ra的值，其计算公式为ra＝(r1 r2)*(u-u12)/u及ra＝r2*(u-u23)/u。
45.参照图2，在一实施例中，所述分压检测电路10还包括第一二极管d1，所述第一二极管d1的阴极与所述零线输入端n-in电连接，所述第一二极管d1的阳极与所述第一电阻r1的第一端电连接。
46.本实施例中，第一二极管d1为整流二极管，用于与零线输出端n-out连接，将零线输出端n-out所输出的交流电转换为直流电提供给分压检测电路10，直流电压源有利于分压检测电路10的检测端电压的采样。
47.参照图2，在一实施例中，所述分压检测电路10还包括第一电容c1，所述第一电容c1并联设置于所述第二电阻r2的第一端和所述高地极之间。
48.本实施例中，第一电容c1为滤波电容，用于过滤交流充电桩输出保护电路输出电压的交流部分，第二电阻r2为第一电容c1的放电电阻，第二电阻r2与第一电容c1并联，在电源波动时,第一电容c1会随之充放电，通过并联第二电阻r2吸收充放电的能量，使电路稳定工作。
49.参照图2，在一实施例中，所述交流充电桩输出保护电路还包括隔离电路，所述隔离电路串联设置于所述分压检测电路10和所述控制电路20之间，所述隔离电路用于对所述分压检测电路10输出的控制信号进行隔离后输出至所述控制电路20。
50.本实施例中隔离电路的作用是减少分压检测电路10与控制电路20之间的相互干扰，两个电路之间没有电气上的直接联系。分压检测电路10与控制电路20之间是相互绝缘的，同时控制电路20能够接收到分压检测电路10输出对应的控制信号。
51.参照图2，在一实施例中，所述控制电路20包括单片机，所述单片机分别与所述分压检测电路10的输出端和所述开关电路30的受控端电连接，用于接收所述分压检测电路10输出的控制信号，并根据所述控制信号，控制所述开关电路30的导通/关断。
52.在本实施例中，单片机通过采样分压检测电路10检测端的电压值，由检测端的电
压值判断充电桩输出是否短路，再根据充电桩输出是否短路控制开关的导通/关断。采用一个单片机io口即可实现检测端的电压值的采样，提高了工作效率。
53.在一实施例中，所述交流充电桩输出保护电路还包括报警装置，所述报警装置与所述控制电路20电连接，所述控制电路20还用于根据所述分压检测电路10输出的控制信号控制所述报警装置工作。
54.在本实施例中，控制电路20根据检测端的电压值判断充电桩是否处于短路状态，在检测到的火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值大于阈值电阻时，判断交流充电桩不处于短路状态，报警装置不工作，在检测到的火线输出端l-out和零线输出端n-out之间的电阻值小于或等于阈值电阻时，判断交流充电桩处于短路状态，报警装置工作。
55.本发明提出一种交流充电桩。
56.该交流充电桩包括如上所述的交流充电桩输出保护电路，该交流充电桩输出保护电路的具体结构参照上述实施例，由于本发明交流充电桩采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
57.本发明提出一种充电装置。
58.该充电装置包括如上所述的交流充电桩，该充电装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
59.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。