交流充电设备控制导引电路的制作方法

本发实用新型涉及交流充电设备控制导引电路，尤指一种应用在汽车充电桩的交流充电设备控制导引电路。

背景技术：

对于汽车充电桩的领域，在国家标准”充电系统通用要求GBT 18487.1-2015”中规定，交流充电设备的控制导引信号使用1KHz的脉宽调制(PWM)信号源和它的占空比来表达当前交流充电设备可提供的最大供电电流，然后通过驱动电路生成待充电车辆可识别的±12V时钟脉冲(CP)控制导引信号，并限定了CP信号的跳变边沿宽度不得超过2us。而待充电车辆用充电接口上的下拉电阻改变CP信号的高电平幅度来示意交流充电设备进行下一步操作、或结束一个充电过程。而交流充电设备对CP信号的电平幅度进行实时的检测，以便及时能获取待充电车辆的请求并立即做出相对应的动作。

依据上述要求，交流充电设备控制导引电路应该由四个相关联的电路模块组成，分别是1、 PWM信号源发生器；2、CP信号的电平转换电路；3、对CP信号电平变化进行采集的电路； 4、将采集电平进行数据量化的电路。由这四部分子电路所构成的CP控制导引信号电路与主控制器的软件算法配合，才能正确完成交流充电设备与新能源车辆的充电操作。由于CP控制导引信号电路的精度和稳定性非常重要，所以这四部分子电路的精度、稳定性以及耦合性也是非常重要的。

若交流充电设备无法提供精确的PWM脉冲信号、或输出的CP信号不够稳定、和对其高电平幅度的检测采样不准确，则容易导致充电操作失败。还有可能会导致车辆误判交流充电设备的最大输出功率、或交流充电设备无法及时切断电源输出而损毁交流充电设备和车辆，甚至引发火灾造成严重的后果。目前在市场销售的产品上出现无法充电、或在充电操作过程中出现失败、中断、甚至损坏交流充电设备和充电车辆的接口情况，多数是因为CP控制导引信号的异常所造成的。

通常，产生PWM信号脉冲的方法是微控制器(MCU)利用软件延时、或计数器计时，直到一个计数时间段结束时调用子程序翻转MCU输出引脚的电平状态，然后再开始下一个软件计时操作，如此循环来达到输出PWM脉冲信号和调整其占空比的目的。但这些方式的缺点是因 MCU每条指令的机器周期数并不相同，所以无法达到精准的计时。再加上中断服务程序上的时间开销、还有一些重要任务对时间资源的占用等，使得系统依赖MCU软件计时和翻转所产生的PWM脉冲信号是不精确和不稳定的。

未经优化的普通驱动电路在转换CP信号时，无法将PWM脉冲信号的上升和下降沿进行准确而快速的切换，勉强达到甚至无法达到”充电系统通用要求GBT 18487.1-2015”中对±12V CP控制导引信号的规定标准。而且在工作环境温度、湿度产生变动的情况下，驱动电路的电性能产生了大的漂移，使输出的信号也产生大幅变形。

未经优化的通用采集电路容易对CP控制导引信号造成干扰，进一步又会影响自身的采集精度，让交流充电设备和待充电车辆之间不能进行准确的交流，还导致交流充电设备识别不出待充电车辆发出的操作请求。这样就使充电操作的请求容易失败、或无法停止充电操作的过程而产生潜在的伤害危险。

现有的交流充电设备在软件的主控制逻辑中用算法尽力校准，但来自源头的多种不稳定因素仅仅在软件上做修正其结果并不理想，之后衍生出的问题使得维护成本大幅提高。因此，如何提供一种能产生稳定又高精度的PWM信号脉冲，且四个相关联电路模块的稳定性以及耦合性都很高的交流充电设备控制导引电路，即为各家业者亟待解决的课题。

技术实现要素：

鉴于现有技术的种种缺失，本实用新型的主要目的，即在于提供一种能产生稳定又高精度的PWM信号脉冲，且四个相关联电路模块的稳定性以及耦合性都很高的交流充电设备控制导引电路。

为了达到上述目的及其他目的，本申请提供一种交流充电设备控制导引电路，包括脉宽调制信号发生模块、时钟脉冲信号驱动模块、采样和阻抗变换模块以及模拟数字转换模块。脉宽调制信号发生模块用以产生脉宽调制信号，且脉宽调制信号发生模块内置在一微控制器中；时钟脉冲信号驱动模块与脉宽调制信号发生模块连接，用以将脉宽调制信号转变为时钟脉冲控制导引信号；采样和阻抗变换模块与时钟脉冲信号驱动模块连接，用以对时钟脉冲控制导引信号进行分压采样和阻抗转换，以产生采样电平信号；以及模拟数字转换模块与采样和阻抗变换模块连接，用以将采样电平信号进行量化转换为数值量化信号，并将数值量化信号传送至微控制器。

在一实施例中，脉宽调制信号发生模块包括石英晶体谐振器以及时钟驱动电路。

在一实施例中，脉宽调制信号在温度-40℃到85℃范围内时的频率误差在正负100ppm以内。

在一实施例中，时钟脉冲信号驱动模块包括信号输入端、第一放大器、第二放大器、第三放大器以及信号输出端。

在一实施例中，第一放大器用以将所述脉宽调制信号进行阻抗变换，并将变换后的脉宽调制信号送至所述第二放大器。

在一实施例中，第二放大器作为高低压隔离层，并用以将接收到的所述脉宽调制信号送至所述第三放大器。

在一实施例中，第三放大器用以将接收到的所述脉宽调制信号进行电压转换，以输出所述时钟脉冲控制导引信号。

在一实施例中，采样和阻抗变换模块包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第一二极管、第二二极管、第一电压跟随器以及第二电压跟随器。

在一实施例中，模拟数字转换模块的量化转换精度为0.8毫伏或更佳。

相较于现有技术，由于本申请的交流充电设备控制导引电路以内置在微控制器中的脉宽调制信号发生模块产生脉宽调制信号，不需要以软件做再次修正，故能不受软件中的各种变数影响，而能够产生稳定又高精度的脉宽调制信号，此外，本申请的脉宽调制信号发生模块、时钟脉冲信号驱动模块、采样和阻抗变换模块以及模拟数字转换模块皆具备高可靠性及高精度，各模块间的耦合性也相当良好，故能大幅降低出问题的机率，令充电操作过程安全可靠，从而降低维护成本，充分克服了现有技术中所具有的问题。此外，脉宽调制信号发生模块的信号源采用了石英晶体谐振器，可避免温度变化等环境因素变化所造成的影响。

附图说明

图1为本申请第一实施例的交流充电设备控制导引电路的架构示意图。

图2为本申请第二实施例的时钟脉冲信号驱动模块的架构示意图。

图3为本申请第三实施例的采样和阻抗变换模块的架构示意图。

符号说明：

1 交流充电设备控制导引电路

10 脉宽调制信号发生模块

11 时钟脉冲信号驱动模块

110 第一放大器

111 第二放大器

112 第三放大器

11A 信号输入端

11B 信号输出端

12 采样和阻抗变换模块

13 模拟数字转换模块

2 MCU软件

3 待充电车辆

C1 第一电容

D1 第一二极管

D2 第二二极管

R1 第一电阻

R2 第二电阻

R3 第三电阻

R4 第四电阻

U1 第一电压跟随器

U2 第二电压跟随器

具体实施方式

以下藉由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本申请亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。

请参阅图1，图1为本申请第一实施例的交流充电设备控制导引电路的架构示意图。如图所示，本申请的交流充电设备控制导引电路1，包括脉宽调制信号发生模块10、时钟脉冲信号驱动模块11、采样和阻抗变换模块12以及模拟数字转换模块13。本申请的交流充电设备控制导引电路1与微控制器(MCU)软件2及待充电车辆3连接。

首先，MCU软件2根据交流充电设备本身的负载能力计算出脉宽调制信号的占空比，并发送命令以令脉宽调制信号发生模块10产生特定的脉宽调制信号，在开始工作后脉宽调制信号由脉宽调制信号发生模块10自动产生，无需MCU软件2再次干预或修正，所以MCU软件2中的各种变数不会对脉宽调制信号的精度产生影响。更详细而言，脉宽调制信号发生模块10是内置在微控制器中的一硬件，并非是虚拟的软件模块。

时钟脉冲信号驱动模块11与脉宽调制信号发生模块10连接，用以将脉宽调制信号转变为时钟脉冲控制导引信号，此时钟脉冲控制导引信号也提供给待充电车辆3，充电车辆3在接收到钟脉冲控制导引信号后对占空比进行测量和确认，计算出可使用的最大充电电流。然后用小于或等于交流充电设备可提供的最大电流开始充电，并通过充电接口上的下拉电阻改变时钟脉冲控制导引信号的电平，以表示其充电操作的启动和停止。举例来说，时钟脉冲控制导引信号可以是±12V、符合国标”充电系统通用要求GBT 18487.1-2015”的信号，但不以此为限，可视不同的规范进行调整。

采样和阻抗变换模块12与时钟脉冲信号驱动模块11连接，用以对时钟脉冲控制导引信号进行分压采样和阻抗转换，以提高时钟脉冲控制导引信号采样电平的稳定性和抗干扰能力，并产生采样电平信号。此外，采样和阻抗变换模块12也与待充电车辆3连接，如上所述，待充电车辆3通过充电接口上的下拉电阻改变时钟脉冲控制导引信号的电平，以表示其充电操作的启动和停止，也就是说，启动和停止的信息将由采样电平信号携带。

模拟数字转换模块13与采样和阻抗变换模块12连接，用以将采样电平信号进行量化转换为数值量化信号(举例来说，采样电平信号可被转换成一个0～4095之间的数值)，并将数值量化信号传送至微控制器，数值量化信号可供微控制器的MCU软件2识别待充电车辆3充电操作的启动和停止动作，并让交流电充电设备作出相对应的动作，以完成安全和正确的充电工作流程。

在一实施例中，脉宽调制信号发生模块10可包括石英晶体谐振器以及时钟驱动电路。一般而言，在市场上销售的石英晶体谐振器产品误差级别可轻易控制在正负20ppm(十万分之二) 以内，MCU通过外接的石英晶体谐振器和内部的时钟驱动电路来获得高精度的系统时钟源，并提供给内置脉宽调制信号发生模块10使用。石英晶体谐振器对工作环境的温度变化不敏感，在-40℃到85℃范围，即使工作频率产生了漂移，脉宽调制信号的频率误差也可保持在正负 100ppm(万分之一)以内。这远远超出了国标”充电系统通用要求GBT 18487.1-2015”中对 1000Hz的脉宽调制信号±3％的精度要求(970Hz～1030Hz)。

请参阅图2，图2为本申请第二实施例的时钟脉冲信号驱动模块的架构示意图。如图所示，时钟脉冲信号驱动模块11包括信号输入端11A、第一放大器110、第二放大器111、第三放大器112以及信号输出端11B。

在一实施例中，脉宽调制信号由信号输入端11A接收，并送至第一放大器110，第一放大器110用以将脉宽调制信号进行阻抗变换，降低脉宽调制信号的输出阻抗，使得抗干扰能力得到提高，并将变换后的脉宽调制信号送至第二放大器111。

在一实施例中，第二放大器111作为高低压隔离层，具缓冲作用，可防止因个别电子元器失效将±12V电压引致MCU电路中烧毁逻辑控制器件，从而导致交流电充电设备失控产生危险的情况，第二放大器111并用以将接收到的脉宽调制信号送至第三放大器112。

在一实施例中，第三放大器112用以将接收到的脉宽调制信号进行电压转换，以输出符合规定标准的时钟脉冲控制导引信号。时钟脉冲控制导引信号将送至信号输出端11B输出。

请参阅图3，图3为本申请第三实施例的采样和阻抗变换模块的架构示意图。如图所示，采样和阻抗变换模块12包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电压跟随器U1以及第二电压跟随器U2。由时钟脉冲信号驱动模块11所接收的时钟脉冲控制导引信号，经过第二二极管D2的方向限制以及第一电阻R1和第二电阻R2的分压，第三电阻R3和第一电容C1的滤波，送至第一电压跟随器U1进行阻抗变换。为了防止第一电压跟随器U1输出电压超过模拟数字转换模块13 的极限工作电压，所以对第一电压跟随器U1的输出用第四电阻R4和第一二极管D1进行了限压，随后再送至第二电压跟随器U2进行第二次阻抗变换，将抗干扰能力最大化，第二二极管D2则用以确保时钟脉冲控制导引信号上的负电平不会对电压跟随器的工作造成干扰。

在一实施例中，模拟数字转换模块13的量化转换精度为0.8毫伏或更佳。举例来说，模拟数字转换模块13可为MCU内置的12bit高精度模块。

综上所述，由于本申请的交流充电设备控制导引电路以内置在微控制器中的脉宽调制信号发生模块产生脉宽调制信号，不需要以软件做再次修正，故能不受软件中的各种变数影响，而能够产生稳定又高精度的脉宽调制信号，此外，本申请的脉宽调制信号发生模块、时钟脉冲信号驱动模块、采样和阻抗变换模块以及模拟数字转换模块皆具备高可靠性及高精度，各模块间的耦合性也相当良好，故能大幅降低出问题的机率，令充电操作过程安全可靠，从而降低维护成本，充分克服了现有技术中所具有的问题。此外，脉宽调制信号发生模块的信号源采采用了石英晶体谐振器，可避免温度变化等环境因素变化所造成的影响。

藉由以上较佳具体实施例的描述，本领域具有通常知识者当可更加清楚本申请的特征与精神，惟上述实施例仅为说明本申请的原理及其功效，而非用以限制本申请。因此，任何对上述实施例进行的修改及变化仍不脱离本申请的精神，且本申请的权利范围应如权利要求书所列。