CN111474501A - 一种充电桩的接地信号检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及充电桩的接地信号检测领域,公开了一种充电桩的接地信号检测电路，包括零线接口、地线接口、整流电路、分压电路和信号发生电路，零线接口与零线电连接，分压电路对火线电压进行分压，分压电路的中间电压连接点分别电连接地线和地线接口，整流电路对零线接口和地线接口之间的电压进行整流，整流电路电连接信号发生电路，信号发生电路输出的检测信号与所述整流电路输出的电压存在反比关系，当零线接口与地线接口之间的电压上升时，信号发生电路输出的检测信号的电压值降低，当该电压小于0.8V时，接收检测信号的MCU输入低电平信号，充电桩上报接地故障信息，实现接地异常检测。

Description

一种充电桩的接地信号检测电路

技术领域

本发明涉及充电桩的接地信号检测领域，具体涉及一种充电桩的接地信号检测电路。

背景技术

随着新能源汽车的普及，小区、高速服务区和工业园区等公众场所也随之安装了充电桩。充电桩在使用中的接地检测至关重要，电动汽车充电桩行业标准GB/T18487.1中5.2.1.2中明确要求充电桩需实现保护接地导体连续性的持续监测功能及满足绝缘耐压条件，如果接地电路发生异常未被检测出，充电桩若发生漏电，将会对充电桩使用者产生人身伤害。而现有的充电桩接地信号检测电路存在可靠性不高、实现复杂、造价成本高和推广性不高等问题。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种充电桩的接地信号检测电路，所要解决的技术问题是现有充电桩信号检测电路可靠性不高和实现复杂，不利于推广。

为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种充电桩的接地信号检测电路，包括零线接口、地线接口、整流电路、分压电路和信号发生电路，零线接口与零线电连接，分压电路对火线电压进行分压，分压电路的中间电压连接点分别电连接地线和地线接口，整流电路对零线接口和地线接口之间的电压进行整流，整流电路电连接信号发生电路，信号发生电路输出的检测信号与所述整流电路输出的电压存在反比关系。

进一步，分压电路包括电容C2和C3，电容C2一端与电容C3一端串联，电容C2另一端与火线电连接，电容C3另一端与零线电连接，电容C2与电容C3的串联触点分别电连接地线和地线接口。

进一步，信号发生电路包括光电耦合器、电阻R1、电源接口和信号输出端，所述电源接口电连接电阻R1一端，电阻R1另一端分别电连接光电耦合器的副边侧的集电极和信号输出端，光电耦合器的副边侧的发射极接地，光电耦合器的原边侧的1号引脚电连接整流电路的正向输出端，2号引脚电连接整流电路的负向输出端。

作为改进，整流电路的正向输出端电连接发光二极管D1的正极，发光二极管D1的负极电连接光电耦合器的原边侧的1号引脚。

作为改进，光电耦合器的原边侧的2号引脚电连接稳压二极管VD1的负极，稳压二极管VD1的正极电连接整流电路的负向输出端，进而避免出现误检测。

进一步，信号发生电路输出的检测信号输入到MCU的IO引脚。

其中，MCU在输入的所述检测信号是低电平时产生接地异常报警信息。

MCU通过串口还与4G通讯模块进行通讯，并通过4G通讯模块将接地异常报警信息发送到云端。

MCU另外的IO引脚还与驱动电路的控制端电连接，MCU通过驱动电路控制充电桩的充电回路通断。

进一步，整流电路包括安规电容C1、电阻R2和整流桥，安规电容C1一端电连接零线接口，另一端电连接整流桥的第一电源输入端，电阻R2一端电连接地线接口，另一端电连接整流桥的第二电源输入端，整流桥的正向输出端和负向输出端均电连接信号发生电路。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

1：整个电路的元器件包括安规电容C1、电阻R1、R2、整流桥、二极管D1、稳压二极管V1和光电耦合器，结构简单，而且成本低，便于推广。

2：整流电路先对零线接口和地线接口之间的电压进行整流，然后向光电耦合器的原边侧输入电压，当光电耦合器原边侧的二极管导通时，信号输出端输出检测信号，进而避免强电对接收检测信号的MCU的干扰。

3：整流电路正向输出端通过发光二极管D1接入光电耦合器，当光电耦合器原边侧的二极管导通时即充电桩的接地异常时，发光二极管D1也导通发亮，实现警示功能。

4：光电耦合器的原边侧的2号引脚通过稳压二极管VD1接入整流电路，只有光电耦合器原边侧的1号引脚处的电压高于稳压二极管VD1的稳压电压和光电耦合器内部的二极管的导通电压时，信号输出端才输出检测信号，因此通过稳压二极管VD1可以防止出现误检查，进而提高整个电路的工作稳定性。

5：整流桥的第一电源输入端通过安规电容C1接入零线接口，通过调节安规电容C1的容值可以使其容抗达到百兆欧姆级，进而满足国标中的绝缘耐压条件。

附图说明

本发明有如下附图：

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的电路图；

图3为本发明的MCU与4G通讯模块的连接示意图；

图4为本发明的驱动电路的电路图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种充电桩的接地信号检测电路，包括零线接口ACN、地线接口APE、整流电路、分压电路和信号发生电路，零线接口ACN与零线N电连接，分压电路对火线L的电压进行分压，分压电路的中间电压连接点分别电连接地线PE和地线接口APE，整流电路对零线接口ACN和地线接口APE之间的电压进行整流，整流电路电连接信号发生电路，信号发生电路输出的检测信号与整流电路输出的电压存在反比关系。

如图2所示，分压电路包括电容C2和C3，电容C2一端与电容C3一端串联，电容C2另一端与火线L电连接，电容C3另一端与零线N电连接，电容C2与电容C3的串联触点分别电连接地线PE和地线接口APE。当充电桩接地正常时，零线接口ACN与地线接口APE之间的电压是零线N与地线PE之间的电压；当接地异常时，零线接口ACN与地线接口APE之间的电压是火线L经电容C2后与零线N之间的电压。

信号发生电路包括光电耦合器U1、电阻R1、电源接口和信号输出端PE signal，电源接口与3.3V直流电源电连接，电源接口还电连接电阻R1一端，电阻R1另一端分别电连接光电耦合器U1的副边侧的集电极和信号输出端PE signal，光电耦合器U1的副边侧的发射极接地。

整流电路包括安规电容C1、电阻R2和整流桥，安规电容C1一端电连接零线接口ACN，另一端电连接整流桥的第一电源输入端，电阻R2一端电连接地线接口APE，另一端电连接整流桥的第二电源输入端，整流桥的正向输出端通过二极管D1电连接光电耦合器U1的原边侧的1号引脚，光电耦合器U1的原边侧的2号引脚通过稳压二极管VD1电连接整流桥的负向输出端。

通过发光二极管D1可以显示电路的工作状态。当光电耦合器U1原边侧的二极管导通时即充电桩的接地异常时，发光二极管D1也导通发亮，进而实现警示功能。

通过稳压二极管VD1可以避免出现误检测，在实际使用时如果零线接口ACN和地线接口APE之间的电压出现微量波动，而不是接地异常时整个接地信号检测电路并不用输出异常检测信号。在光电耦合器U1的原边侧的2号引脚和整流桥的负向输出端增加稳压二极管VD1后，只有光电耦合器U1原边侧的1号引脚处的电压高于稳压二极管VD1的稳压电压和光电耦合器U1内部的二极管的导通电压时，信号输出端PE signal才输出低电平信号，进而提高整个电路的工作稳定性。

如图3所示，信号输出端PE signal输出的检测信号输入到MCU的IO引脚，当该检测信号的电压幅值小于0.8V时，即MCU接收到低电平信号，MCU产生接地异常报警信息，并通过4G通讯模块将接地异常报警信息发送到云端，便于用户远程查看，另外还通过如图4所示的驱动电路控制充电桩的充电回路断开。

本发明工作原理如下：当充电桩接地正常时，零线接口ACN与地线接口APE之间电压低于稳压二极管VD1的导通电压，光电耦合器U1原边侧的电流IF几乎为0，根据光电耦合器U1电流传输特性，光电耦合器U1副边侧电流IC＝CTR*IF≈0mA，其中CTR为光耦电流传输比。信号输出端PE signal输出电压VPE_signal＝(3.3-IC*R1)V≈3.3V。

当接地异常或无接地时，零线接口ACN与地线接口APE间存在压降V_{N_PE}，安规电容C1在V_{N_PE}电压作用下的等效阻抗RC＝1/(2Πfc),其中f为电压V_{N_APE}的频率，c为安规电容C1的容值，此时光电耦合器U1原边侧的电流IF＝(V_{N_PE}-VVR1-VBR3-VD1-VF)/(RC+R2),其中VVR1为稳压二极管VD1两端电压，VBR3为整流桥的二极管导通压降，VD1为发光二极管D1两端压降，VF为光电耦合器U1的内部二极管的导通电压。由于光电耦合器U1副边侧电流IC＝CTR*IF≈0mA，信号输出端PE signal输出电压VPE_signal＝(3.3-IC*R1)V≈3.3V。当VPE_signal<0.8V时，MCU采集到低电平信号，充电桩上报接地故障信息。

在国标绝缘电阻测试中，要求在直流500V的测试条件下，绝缘电阻不低于10MΩ。本发明的绝缘电阻Rinsulation＝RC+R2，其中RC为安规电容X1等效电阻。当电压为直流时，RC趋近于安规电容C1绝缘电阻，本发明中安规电容C1的电容值为4.7nF，其绝缘电阻可达100000M·UF,则可得Rinsulation大于100MΩ。

综上，本发明相对于现有技术具有以下改进：

整个电路的元器件包括安规电容C1、电阻R1、R2、整流桥、二极管D1、稳压二极管V1和光电耦合器U1，结构简单，而且成本低，便于推广。

整流电路先对零线接口ACN和地线接口APE之间的电压进行整流，然后向光电耦合器U1的原边侧输入电压，当光电耦合器U1原边侧的二极管导通时，信号输出端PE signal输出电压信号，进而避免强电对MCU的干扰。

整流电路正向输出端通过发光二极管D1接入光电耦合器U1，当光电耦合器U1原边侧的二极管导通时即充电桩的接地异常时，发光二极管D1也导通发亮，实现警示功能。

光电耦合器U1的原边侧的2号引脚通过稳压二极管VD1接入整流电路，因此只有光电耦合器U1原边侧的1号引脚处的电压高于稳压二极管VD1的稳压电压和光电耦合器U1内部的二极管的导通电压时，信号输出端PE signal才输出电压信号，因此通过稳压二极管VD1可以防止出现误检查，进而提高整个电路的工作稳定性。

整流桥的第一电源输入端通过安规电容C1接入零线接口ACN，通过调节安规电容C1的容值可以使其容抗达到百兆欧姆级，进而满足国标中的绝缘耐压条件。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：包括零线接口、地线接口、整流电路、分压电路和信号发生电路，所述零线接口与零线电连接，所述分压电路对火线电压进行分压，所述分压电路的中间电压连接点分别电连接地线和地线接口，所述整流电路对所述零线接口和地线接口之间的电压进行整流，所述整流电路电连接所述信号发生电路，所述信号发生电路输出的检测信号与所述整流电路输出的电压存在反比关系。

2.根据权利要求1所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：所述分压电路包括电容C2和C3，所述电容C2一端与电容C3一端串联，所述电容C2另一端与火线电连接，所述电容C3另一端与零线电连接，所述电容C2与电容C3的串联触点分别电连接地线和地线接口。

3.根据权利要求1所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：所述信号发生电路包括光电耦合器、电阻R1、电源接口和信号输出端，所述电源接口电连接电阻R1一端，所述电阻R1另一端分别电连接光电耦合器的副边侧的集电极和信号输出端，所述光电耦合器的副边侧的发射极接地，所述光电耦合器的原边侧的1号引脚电连接所述整流电路的正向输出端，2号引脚电连接整流电路的负向输出端。

4.根据权利要求3所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：还包括发光二极管D1，所述发光二极管D1的正极电连接整流电路的正向输出端，所述发光二极管D1的负极电连接所述光电耦合器的原边侧的1号引脚。

5.根据权利要求3所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：还包括稳压二极管VD1，所述稳压二极管VD1的负极电连接所述光电耦合器的原边侧的2号引脚，所述稳压二极管VD1的正极电连接整流电路的负向输出端。

6.根据权利要求1所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：还包括MCU，所述MCU的IO引脚输入所述信号发生电路输出的检测信号。

7.根据权利要求6所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：所述MCU在输入的所述检测信号是低电平时产生接地异常报警信息。

8.根据权利要求7所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：还包括4G通讯模块，所述MCU通过串口与所述4G通讯模块进行通讯，并通过所述4G通讯模块将接地异常报警信息发送到云端。

9.根据权利要求7所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：还包括驱动电路，所述MCU另外的IO引脚与驱动电路的控制端电连接，所述MCU通过驱动电路控制充电桩的充电回路通断。

10.根据权利要求1所述的充电桩的接地信号检测电路，其特征在于：所述整流电路包括安规电容C1、电阻R2和整流桥，所述安规电容C1一端电连接所述零线接口，另一端电连接整流桥的第一电源输入端，所述电阻R2一端电连接地线接口，另一端电连接整流桥的第二电源输入端，所述整流桥的正向输出端和负向输出端均电连接所述信号发生电路。

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