短路检测电路以及交流充电桩的制作方法

1.本技术涉及交流充电领域，更具体地，涉及一种短路检测电路以及交流充电桩。


背景技术：

2.交流充电桩在检测到充电枪插入新能源汽车的充电插座之后，为了保证充电安全，需要检测交流充电桩的交流输出侧和新能源汽车之间的电缆是否出现短路情况。
3.在现有的短路检测电路中，常用的是脉冲宽度调制(pwm)注入法进行短路检测。但是对于三相电输出的交流充电桩而言，三根火线和一根零线之间的存在六种短路情况，因此，为了实现对六种短路情况的检测，采用pwm注入法设计的短路检测电路存在电路结构复杂和硬件成本高的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种短路检测电路以及交流充电桩。
5.本技术一些实施例提供一种短路检测电路，应用于交流充电桩。该交流充电桩包括交流电输出模块，交流充电桩在处于工作状态时，交流电输出模块和外界充电设备之间电气连接。在本技术中的短路检测电路包括：直流电流源、外接电路模块、短路检测模块和处理模块。其中，外接电路模块的一端连接于直流电流源的电流输出端，另一端接地。短路检测模块并联在外接电路模块的两端，用于检测外接电路模块两端的电压。处理模块与短路检测模块电性连接，用于根据短路检测模块所检测到的电压确定交流电输出模块的短路情况。具体地，外接电路模块包括第一火线接线端、第二火线接线端、第三火线接线端和零线接线端以及第一电阻、第二电阻和第三电阻。第一电阻串联在第一火线接线端和第二火线接线端之间；第二电阻串联在第二火线接线端和第三火线接线端之间；第三电阻串联在第三火线接线端和零线接线端之间；第一火线接线端连接于直流电流源的电流输出端，零线接线端接地；第一火线接线端、第二火线接线端、第三火线接线端和零线接线端用于与交流电输出模块之间电气连接。
6.本技术一些实施例还提供一种交流充电桩，该交流充电桩包括上述的短路检测电路以及交流电输出模块。其中，交流电输出模块和短路检测电路电气连接。
7.本技术实施例公开了一种短路检测电路以及交流充电桩。在本技术中的短路检测电路包括：直流电流源、外接电路模块、短路检测模块和处理模块。其中，外接电路模块包括依次串联的第一火线接线端、第一电阻、第二火线接线端、第二电阻、第三火线接线端、第三电阻和零线接线端。短路检测模块并联在外接电路模块的两端，用于检测外接电路模块两端的电压。由于外接电路模块通过直流电流源进行供电，保证了支路电流恒定，第一电阻、第二电阻和第三电阻之间依次串联，在任意两个接线端出现短路的情况下，会引起外接电路模块的总阻值的变化，进而导致外接电路模块两端的电压发生变化。例如，在第一火线接线端和第二火线接线端之间出现短路的情况下，第一电阻被短路，外接电路模块的总阻值降低，导致外接电路模块两端的电压降低。因此，本技术提出的短路检测电路的检测原理简
单，处理模块通过读取外接电路模块两侧的电压即可判断是否发生短路。此外，本技术中的外接电路模块仅包括三个电阻，电路结构简单，硬件成本低。
附图说明
8.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
9.图1是本技术实施例提供的交流充电桩的示意图。
10.图2是本技术第一实施例提供的短路检测电路的结构示意图。
11.图3是本技术第二实施例提供的短路检测电路的结构示意图。
12.图4是本技术第三实施例提供的短路检测电路的结构示意图。
具体实施方式
13.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
14.请参阅图1，图1示意性地示出了本技术实施例提供的交流充电桩的示意图。交流充电桩10是指采用传导方式为具有车载充电装置的新能源汽车提供交流电源的专用供电装置。在本技术实施例中，交流充电桩10为三相交流充电桩，具有额定充电功率高、充电速度快的特点。其中，交流充电桩10包括交流电输出模块20和短路检测电路30。
15.在本实施例中，交流充电桩10在处于工作状态时，交流电输出模块20和外界充电设备40之间电气连接。具体地，交流电输出模块20为交流充电枪，交流充电枪包括线缆和固定装置(图中未示出)。其中，线缆用于输送三相交流电，固定装置用于和外界充电设备40进行固定。在一些实施例中，外界充电设备40为新能源汽车上的车载充电装置。
16.这里需要说明的是，由于交流充电桩10为三相交流充电桩，因此线缆中至少包括第一火线、第二火线、第三火线和零线，其中每两根火线之间的电压为380v，每根火线和零线之间的电压为220v。在交流充电桩10对外界充电设备40进行充电之前，需要检测每两根火线之间是否发生短路以及每根火线和零线之间是否发生短路。
17.为此，发明人经过长期的探索，在付出创造性劳动的情况下提出了一种应用于上述交流充电桩10的短路检测电路30。请参阅图2，图2示意性地示出了本技术第一实施例提供的一种短路检测电路。其中，短路检测电路30包括直流电流源310、外接电路模块320、短路检测模块330和处理模块340。外接电路模块320的一端连接于直流电流源320的电流输出端，外接电路模块320的另一端接地。短路检测模块330并联在外接电路模块320的两端，用于检测外接电路模块320两端的电压。处理模块340与短路检测模块330电性连接，用于根据短路检测模块330所检测到的电压确定交流电输出模块20的短路情况。
18.直流电流源310是指能为短路检测电路30提供稳定直流电源的电子装置。其中，直流电流源310可以是交流充电桩10内的辅助电源，也可以是独立的直流电流源。具体地，请
参阅图2，直流电流源310的一端接地，另一端(电流输出端)和外接电路模块320的电流输入端相连，以向外接电路模块320输出电流。
19.在本技术中，外接电路模块320包括第一火线接线端l1、第二火线接线端l2、第三火线接线端l3和零线接线端n以及第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3。其中，第一火线接线端l1连接于直流电流源310的电流输出端，零线接线端n接地。
20.进一步地，第一电阻r1串联在第一火线接线端l1和第二火线接线端l2之间。第二电阻r2串联在第二火线接线端l2和第三火线接线端l3之间。第三电阻r3串联在第三火线接线端l3和零线接线端n之间。也即，第一火线接线端l1、第一电阻r1、第二火线接线端l2、第二电阻r2、第三火线接线端l3、第三电阻r3和零线接线端n之间依次串联。
21.第一火线接线端l1、第二火线接线端l2、第三火线接线端l3和零线接线端n与交流电输出模块20之间电气连接。具体地，第一火线接线端l1、第二火线接线端l2、第三火线接线端l3和零线接线端n与交流电输出模块20之间的具体电路结构在下文实施例中进行阐述。
22.请再次参阅图2，具体而言，短路检测模块330的一端连接于直流电流源310的电流输出端和外接电路模块320的电流输入端之间的共接点，另一端连接于外接电路模块320的电流输端端和“地”之间的共接点，因此，短路检测模块330能够检测外接电路模块320的电流输入端和外接电路模块320的电流输端端之间的电压。在一些实施例中，短路检测模块330为电压检测电路；在另一些实施例中，短路检测模块330为电压放大电路。具体地，短路检测模块330的具体电路结构在下文实施例中进行阐述。
23.处理模块340与短路检测模块330电性连接。在本技术实施例中，处理模块340为微控制单元(microcontroller unit,mcu)。mcu又称单片微型计算机(single chip microcomputer)或者单片机，将内存(memory)、计数器(timer)、usb、a/d转换、uart、plc、dma等周边接口，甚至lcd驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场景做不同组合的控制。
24.在本技术实施例中，处理模块340包括模数转换器(analog-to-digital converter,adc)3410和单片机3420，模数转换器3410电性连接于短路检测模块330和单片机3420之间，用于将短路检测模块330所检测到的模拟电压值转换成数字电压值，供单片机3420进行处理。单片机3420用于根据短路检测模块330所检测到的电压确定交流电输出模块20的短路情况。
25.在本技术实施例中，外接电路模块通过直流电流源进行供电，保证了外接电路模块上的支路电流恒定。在外接电路模块中，第一火线接线端、第一电阻、第二火线接线端、第二电阻、第三火线接线端、第三电阻和零线接线端之间依次串联，若存在任意两个接线端出现短路，则有至少一个电阻被短路。例如，在第一火线接线端和第二火线接线端出现短路的情况下，第一电阻被短路。在至少一个电阻被短路的情况下，外接电路模块的总电阻降低，进而外接电路模块两侧的电压降低。因此，可以通过处理模块读取外接电路模块两侧电压的取值，快速判断出交流电输出模块是否存在短路情况。因此，本技术提出的短路检测电路的检测原理简单，处理模块通过读取外接电路模块两侧的电压即可判断是否发生短路。此外，本技术中的外接电路模块仅包括三个电阻，电路结构简单，硬件成本低。
26.下文将结合具体的实施例说明本技术所提供的应用于交流充电桩10的短路检测
方案。
27.在一些实施例中，第一电阻r1的阻值、第二电阻r2的阻值和第三电阻r3的阻值相同。示例性地，第一电阻r1的阻值、第二电阻r2的阻值和第三电阻r3的阻值均为10ω，直流电流源310的输出电流为1a。进一步地，短路检测模块330为电压放大电路，且电压放大倍数为1。这里需要说明的是，电压放大电路的输入电阻远大于第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3的阻值之和(也即，30ω)。因此，直流电流源310的输出电流几乎不会流向电压放大电路，也即，外接电路模块320的支路电流值恒定为1a。在这种情况下，若是l1、l2、l3和n两两之间未发生短路，则电压放大电路的输出电压值为30v；若是l1、l2、l3和n之间发生短路，例如，l1和l2之间出现短路，则第一电阻r1被短路，则电压放大电路的输出电压值为20v。处理模块340通过读取电压放大电路的输出电压值，即可判断交流电输出模块20是否发生短路。
28.在另一实施例中，第一电阻r1的阻值、第二电阻r2的阻值和第三电阻r3的阻值均不相同。具体地，第一电阻r1的阻值和第二电阻r2的阻值之间的阻值比为k1，第二电阻r2的阻值和第三电阻r3的阻值之间的阻值比为k2，其中，2《k1《10，2《k2《10。示例性地，第一电阻r1的阻值为27ω、第二电阻r2的阻值为9ω和第三电阻r3的阻值为3ω，也即，k1＝k2＝3。在这种情况下，若l1和l2之间出现短路，则电压放大电路的输出电压值为12v。若l1和l3之间出现短路，则电压放大电路的输出电压值为3v。若l2和l3之间出现短路，则电压放大电路的输出电压值为30v。处理模块340可以在判断出交流电输出模块20发生短路的情况下，进一步基于输出电压值确定发生短路的接线端。
29.请参阅图3，图3示意性地示出了本技术第二实施例提供的一种短路检测电路。在本实施例中，短路检测模块330包括输入电路子模块3310和放大电路子模块3320。其中，输入电路子模块3310包括第一输入端和第二输入端，第一输入端和直流电流源310的电流输出端相连，第二输入端接地。放大电路子模块3320的输入端和输入电路子模块3310的输出端相连，放大电路子模块3320的输出端和处理模块340电性连接。
30.请参阅图4，图4示意性地示出了本技术第三实施例提供的一种短路检测电路。在一些实施例中，放大电路子模块3310包括集成运算放大器a1和第四电阻r4。集成运算放大器a1是由多级直接耦合放大电路组成的高增益模拟集成电路，其中，集成运算放大器a1的型号可以是lm324、lm358、tl082、tl074和ca3140等等。在本技术实施例中，集成运算放大器a1型号为lm358，该集成运算放大器a1具有高增益以及低功耗的优点。第四电阻r4用于提高短路检测模块330的电压放电倍数。
31.进一步地，集成运算放大器a1包括正向电压输入端、反向电压输入端和电压输出端。正向电压输入端通过输入电路子模块3310和直流电流源310的电流输出端相连。反向电压输入端通过输入电路子模块3310接地。电压输出端和处理模块340电性连接。第四电阻r4的一端和反向电压输入端相连，第四电阻r4的另一端和电压输出端相连。
32.在本实施例中，输入电路子模块3320包括：第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7和第八电阻r8。其中，第五电阻r5的一端和正向电压输入端相连，第五电阻r5的另一端和直流电流源310的电流输出端相连。第六电阻r6的一端和反向电压输入端相连，第六电阻r6的另一端接地。第七电阻r7的一端和正向电压输入端相连，第七电阻r7的另一端接地。第八电阻r8的一端和反向电压输入端相连，第八电阻r8的另一端接地。
33.在一些实施例中，第五电阻r5的阻值和第六电阻r6的阻值相同，第七电阻r7的阻值和第八电阻r8的阻值相同。示例性地，第五电阻r5的阻值和第六电阻r6的阻值均为100kω，第七电阻r7的阻值和第八电阻r8的阻值均为200kω。在一方面，r5、r6、r7和r8的阻值远大于r1、r2和r3的阻值，可以保证短路检测模块330的输入电阻远大于外接电路模块320的总电阻，使得短路检测模块330几乎不对直流电流源310的输出电流进行分流，保证了外接电路模块320上的电流恒定。在另一方面，r5的阻值和第六电阻r6的阻值相同，第七电阻r7的阻值和第八电阻r8的阻值相同，也即，集成运算放大器a1的正向电压输入端的输入电阻和负向电压输入端的输入电阻相同，使得集成运算放大器a1在工作时更加稳定。
34.这里需要说明的是，图4中的电压放大电路的电压放大倍数为r4/r6，也即，在第六电阻r6的阻值恒定的情况下，通过调整第四电阻r4的阻值可以改变电压放大电路的电压放大倍数。例如，在r4和r6的阻值均为100kω的情况下，电压放大倍数为1，在r4的阻值为1000kω、r6的阻值为100kω的情况下，电压放大倍数为10。
35.在一些实施例中，短路检测电路30还可以包括：第一开关s1和第二开关s2。第一开关s1的一端和外接电路模块320的电流输入端相连，第一开关s1的另一端和直流电流源310的电流输出端相连。第二开关s2的一端和外接电路模块320的电流输出端相连，第二开关s2的另一端接地。在本技术中，短路检测电路30还包括开关控制装置，开关控制装置用于接收处理模块340产生的短路检测信号，并在接收到短路检测信号的情况下，控制第一开关s1和第二开关s2闭合，从而实现短路检测功能。具体地，开关控制装置为继电器，第一开关s1和第二开关s2为该继电器对应的继电器开关。
36.在一些实施例中，短路检测电路30还可以包括第三开关s3、第四开关s4、第五开关s5和第六开关s6。第三开关s3的一端和第一火线接线端l1相连，第三开关s3的另一端和交流电输出模块20中的第一火线(图中未示出)相连。第四开关s4的一端和第二火线接线端l2相连，第四开关s4的另一端和交流电输出模块20中的第二火线(图中未示出)相连。第五开关s5的一端和第三火线接线端l3相连，第五开关s5的另一端和交流电输出模块20中的第三火线(图中未示出)相连。第六开关s6的一端和零线接线端n相连，第六开关s6的另一端和交流电输出模块20中的零线(图中未示出)相连。同样地，开关控制装置在接收到处理模块340产生的短路检测信号的情况下，控制第三开关s3、第四开关s4、第五开关s5和第六开关s6闭合，从而实现短路检测功能。具体地，第三开关s3、第四开关s4、第五开关s5和第六开关s6为继电器开关。
37.在一些实施例中，短路检测电路30还可以包括和直流电流源310相串联的二极管d1，二极管d1用于对直流电流源310起到反向保护的作用。二极管d1的正极端和直流电流源310的电流输出端相连，二极管的负极端d1和外接电路模块320的电流输入端相连。
38.本技术实施例提出的短路检测电路的检测原理简单，通过读取外接电路模块两侧的电压即可判断是否发生短路。同时，本技术中的外接电路模块仅包括三个电阻，电路结构简单，硬件成本低。
39.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和
范围。