双母线功率投切保护电路及设备的制作方法

本发明实施例涉及电路技术，尤其涉及一种双母线功率投切保护电路及设备。

背景技术：

随着低碳经济的发展，新能源的开发和利用逐渐成为当前各行业的重点项目，尤其是汽车行业中新能源电动汽车作为新能源战略和智能电网的重要组成部分，逐渐成为汽车工业和能源产业的发展重点。而新能源电动汽车产业中充电站的设置是保证新能源电动汽车的安全充电的关键。

对于新能源电动汽车通常采用多个直流功率单元并联的方式实现汽车动力电池的直流快速充电需求。由于新能源电动汽车在冲电过程中需要随之调节充电功率，因而会采用双枪动态投切功率模块的方式提高电能的转换效率及功率模块的使用效率。而所设置的充电桩中进行输变电传输的线路为双母线的连接方式，该双母线连接方式包括并列运行的两个母线，以当其中一组母线发生诸如短路的故障时，仅通过将该发生故障的母线断开，仍然能够保证另一组母线的正常工作。

但是，由于现有技术中新能源电动汽车的动力电池在不同剩余电量是所需要的充电电压、充电电流是动态变化的，因而在充电桩相应新能源电动期初电池管理系统动态充电的过程中需及时调整输出功率，而在功率投切过程中将会使得切换部件同时闭合的现象产生，从而威胁充电安全。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种双母线功率投切保护电路及设备，以解决现有技术中充电电路动态投切过程中，切换部件同时闭合的现象产生，从而威胁充电设备安全的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种双母线功率投切保护电路，包括：控制电路、第一继电器、第二继电器、第一互锁电路及第二互锁电路；

所述控制电路的电源信号输入端与板载电源电连接、第一控制信号输入端与控制芯片的第一信号控制端电连接、以及输出端分别与所述第一继电器线圈的第一端和所述第二继电器线圈的第一端电连接，所述第一控制信号输入端输入的第一控制信号控制所述电源信号输入端输入的电源信号分别输出至所述第一继电器线圈的第一端和所述第二继电器线圈的第一端；

所述第一继电器的动触点与所述第二继电器的动触点电连接，所述第一继电器的常开触点与功率模块的第一母线电连接，所述第一继电器的常闭触点与所述第二继电器的常开触点电连接，所述第二继电器的动触点与所述功率模块的第二母线电连接；

所述第一互锁电路的第一信号输入端与所述第一继电器线圈的第二端电连接、第二控制信号输入端与所述控制芯片的第二信号控制端电连接、第三控制信号输入端与所述控制芯片的第三信号控制端电连接、以及输出端接地，所述第二控制信号输入端和所述第三控制信号输入端输入的第二控制信号和第三控制信号控制所述第一继电器动触点与静触点的导通或断开；

所述第二互锁电路的第二信号输入端与所述第二继电器线圈的第二端电连接、第四控制信号输入端与所述控制芯片的第三信号控制端电连接、第五控制信号输入端与所述控制芯片的第二信号控制端电连接、以及输出端接地，所述第四控制信号输入端和所述第五控制信号输入端输入的第三控制信号和第二控制信号控制所述第二继电器动触点与静触点的导通或断开。

可选的，所述控制电路包括第一电阻、第二电阻、以及第一三极管；

所述第一电阻的第一端与所述第一控制信号输入端电连接、以及第二端与所述第一三极管的控制端电连接；

所述第二电阻的第一端与所述电源信号输入端电连接、以及第二端与所述第一三极管的控制端电连接；

所述第一三极管的第一电极与所述电源信号输入端电连接、以及第二电极与所述第一继电器线圈的第一端和所述第二继电器线圈的第一端电连接。

可选的，所述第一三极管为pnp型三极管；

相应的，所述第一控制信号输入端输入低电平信号时，所述第一三极管导通。

可选的，所述第一互锁电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二三极管、以及第三三极管；

所述第三电阻的第一端与所述第二控制信号输入端电连接、以及第二端与所述第二三极管的控制端电连接；

所述第二三极管的第一电极与所述第一继电器线圈的第二端电连接、以及第二电极接地；

所述第四电阻的第一端与所述第二三极管的控制端电连接、以及第二端与所述第二三极管的第二电极电连接；

所述第五电阻的第一端与所述第三控制信号输入端电连接、以及第二端与所述第三三极管的控制端电连接；

所述第三三极管的第一电极与所述第二三极管的控制端电连接、以及第二电极接地；

所述第六电阻的第一端与所述第三三极管的控制端电连接、以及第二端与所述第三三极管的第二电极电连接。

可选的，所述第二三极管和所述第三三极管为npn型三极管；

相应的，所述第二控制信号输入端与所述第三控制信号输入端输入的电平信号相反，以控制所述第二三极管和所述第三三极管的通断。

可选的，所述第二互锁电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四三极管、以及第五三极管；

所述第七电阻的第一端与所述第四控制信号输入端电连接、以及第二端与所述第四三极管的控制端电连接；

所述第四三极管的第一电极与所述第二继电器线圈的第二端电连接、以及第二电极接地；

所述第八电阻的第一端与所述第四三极管的控制端电连接、以及第二端与所述第四三极管的第二电极电连接；

所述第九电阻的第一端与所述第五控制信号输入端电连接、以及第二端与所述第五三极管的控制端电连接；

所述第五三极管的第一电极与所述第四三极管的控制端电连接、以及第二电极接地；

所述第十电阻的第一端与所述第五三极管的控制端电连接、以及第二端与所述第五三极管的第二电极电连接。

可选的，所述第四三极管和所述第五三极管为npn型三极管；

相应的，所述第四控制信号输入端与所述第五控制信号输入端输入的电平信号相反，以控制所述第四三极管和所述第五三极管的通断。

可选的，所述第一继电器和所述第二继电器为电磁继电器。

可选的，所述保护电路还包括第一反冲电路和第二反冲电路；

所述第一反冲电路的第一端与所述第一继电器线圈的第一端电连接、以及第二端与所述第一继电器线圈的第二端电连接；

所述第二反冲电路的第一端与所述第二继电器线圈的第一端电连接、以及第二端与所述第二继电器线圈的第二端电连接；

所述第一反冲电路和所述第二反冲电路为所述第一继电器和所述第二继电器片提供反冲电压；

其中，所述第一反冲电路包括第一二极管，所述第二反冲电路包括第二二极管；

相应的，所述第一二极管的阳极与所述第一继电器线圈的第二端电连接、以及阴极与所述第一继电器线圈的第一端电连接；

所述第二二极管的阳极与所述第二继电器线圈的第二端电连接、以及阴极与所述第二继电器线圈的第一端电连接。

第二方面本发明实施例还提供了一种双母线功率投切设备，包括：上述双母线功率投切保护电路。

本发明实施例提供的双母线功率投切保护电路及设备，该保护电路包括控制电路、第一继电器、第二继电器、第一互锁电路和第二互锁电路，通过控制芯片分别向控制电路、第一互锁电路、以及第二互锁电路发出相应的控制信号，以使控制电路分别与第一互锁电路和第二互锁电路的输出端构成回路，控制与第一继电器的常开触点电连接的功率模块的第一母线的投入与切出，或与第二继电器动触点电连接的功率模块的第二母线的切出与投入。本发明实施例能够解决现有技术中双母线同时投入同一功率模块时，造成电路短路，从而威胁车辆充电安全的技术问题。本发明实施例通过双母线功率投切保护电路，能够防止双母线对同一功率模块的同时投入，从而提高充电电路的安全性，进一步保证充电设备的充电安全。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种双母线功率投切保护电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种双母线投切保护电路的具体的电路图；

图3是本发明实施例提供的又一种双母线功率投切保护电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种双母线功率投切保护电路的具体电路图；

图5是本发明实施例提供的一种双母线功率投切设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例提供的一种双母线功率投切保护电路的结构示意图，该保护电路适用于对功率模块动态投切的充电装置的保护。如图1所示，该包括电路包括：控制电路10、第一继电器21、第二继电器22、第一互锁电路31及第二互锁电路32。

其中，控制电路10的电源信号输入端与板载电源电连接，控制电路10的第一控制信号输入端与控制芯片的第一信号控制端电连接，且控制电路10的输出端与第一继电器21线圈的第一端和第二继电器22线圈的第一端电连接；控制电路10的第一控制信号输入端输入的第一控制信号c1，能够控制电源信号输入端输入的电源信号vcc输出至第一继电器21线圈的第一端和第二继电器22线圈的第一端。而第一继电器21的动触点与第二继电器22的动触点电连接，第一继电器21的常开触点与功率模块的第一母线a电连接，第一继电器21的常闭触点与第二继电器21的常开触点电连接，第二继电器22的动触点与功率模块的第二母线b电连接。相应的，第一互锁电路31的第一信号输入端与第一继电器线圈21的第二端电连接，第一互锁电路31的第二控制信号输入端与控制芯片的第二信号控制端电连接，第一互锁电路31的第三控制信号输入端与控制芯片的第三信号控制端电连接，以及第一互锁电路的31输出端接地；第一互锁电路31的第二控制信号输入端和第三控制信号输入端分别输入的第二控制信号c2和第三控制信号c3，能够控制第一继电器21的动触点与静触点的导通或断开。第二互锁电路32的第二信号输入端与第二继电器22线圈的第二端电连接，第二互锁电路32的第四控制信号输入端与控制芯片的第三信号控制端电连接，第二互锁电路32的第五控制信号输入端与控制芯片的第二信号控制端电连接，以及第二互锁电路32的输出端接地。第二互锁电路32的第四控制信号输入端和第五控制信号输入端分别输入的第三控制信号c3和第二控制信号c2，能够控制第二继电器22的动触点与静触点的导通或断开。

随着环境的变化，越来越多的低碳生活方式逐渐被提倡，由此产生众多新能源产品，尤其是电动车的发展为人们的出行提供了方便，同时也符合低碳出行的要求。但电动车多采用蓄电池作为储能动力源，因而需要及时为车辆进行充电，这就需要设置相应的充电桩，以满足车辆的充电需求。现有的充电桩的输电线路多采用双母线的连接方式，以使得线路能够可靠供电、灵活调度、扩建方便且便于设计等。且为满足车辆快速充电的需求，通常采用多个功率模块进行充电，对于双母线连接的输电线路，两条母线需要分别投入相应的功率模块为车辆充电。例如，对于采用四个功率模块进行充电的装置，双母线中的母线a和母线b需要分别投入两个功率模块进行充电，此为随机分配，且随着被充电设备中电量的增加，所使用的功率模块也相应的减少，即母线投入的功率模块相应减少，从而实现动态投切功率模块的充电方式。但在动态投切过程中，若母线a和母线b同时投入同一功率模块时，则会造成线路短路，从而威胁充电安全。

本发明实施例中功率模块的动态投切过程可由主控芯片识别并进行控制，即主控芯片根据被充电设备的电量变化使母线投入相应功率模块进行充电。为防止双母线中的母线a和母线b同时投入同一功率模块，本发明实施例提供了一种双母线功率投切保护电路。如图1所示，该双母线功率投切保护电路中，控制芯片的第一信号控制端向控制电路10的第一控制信号输入端输入第一控制信号c1，控制芯片的第二信号控制端分别向第一互锁电路31的第二控制信号输入端和第二互锁电路32的第四控制信号输入端输入第二控制信号c2，以及控制芯片的第三信号控制端分别向第一互锁电路31的第三控制信号输入端和第二互锁电路32的第五控制信号输入端输入第三控制信号c3，从而使得板载电源向控制电路10的电源信号输入端输入的电源信号vcc与第一互锁电路31或第二互锁电路32的接地端构成回路。其中，当第一继电器21的动触点与其常开触点接触时，控制芯片发出的第一控制信号c1和第二控制信号c2使得电源信号vcc与第一互锁电路31的接地端构成回路，第一母线a投入功率模块进行充电。而此时，控制芯片发出的第一控制信号c1和第三控制信号c3使得电源信号vcc与第二互锁电路32的接地端无法构成回路，使得第二继电器22的动触点与其常闭触点保持接触，第二母线b与第二继电器22的动触点电连接，因而第二母线b无法投入功率模块进行充电。此外，由于第二继电器22的动触点与第一继电器21的动触点电连接，且第二继电器22的常开触点与第一继电器21的常闭触点电连接，而第一母线a与第一继电器21的常开触点电连接，第二母线b与第二继电器22的动触点电连接，致使当第一继电器21与第二继电器22之间形成电气互锁，即第一母线a投入功率模块使用时，第二母线b无法投入使用。

相应的，当第二母线b投入功率模块进行充电，而第一母线a不投入时，需要保持第一继电器21的动触点与其常闭触点接触，而第二继电器22的动触点与其常开触点接触，此时电源信号vcc与第一互锁电路31的接地端未构成回路，而电源信号vcc可通过第二继电器22与第二互锁电路32的接地端构成回路，从而使得第二母线b投入功率模块进行充电。其原理与过程与第一母线a投入功率模块进行充电的情况相同，在此不再赘述。

本发明实施例通过控制芯片分别控制保护电路中的控制电路、第一继电器、第二继电器、第一互锁电路、以及第二互锁电路，从而能够防止双母线中的第一母线和第二母线对同一功率模块的同时投入，从而提高充电电路的安全性，进一步保证充电设备的充电安全。

实施例二

图2是本发明实施例提供的一种双母线投切保护电路的具体的电路图。本发明实施例在上述实施例的基础上进行了具体化，提供了具体的电路图。结合图1和图2所示，控制电路10包括第一电阻r1、第二电阻r2、以及第一三极管q1。其中，第一电阻r1的第一端与第一控制信号输入端电连接，第一电阻r1的第二端与第一三极管q1的控制端电连接；第二电阻r2的第一端与电源信号输入端电连接，第二电阻r2第二端与第一三极管q1的控制端电连接；第一三极管q1的第一电极与电源信号输入端电连接，第一三极管的第二电极分别与第一继电器21线圈的第一端和第二继电器22线圈的第一端电连接。

若将第一三极管q1优选为pnp型三极管，则当第一控制信号输入端输入的为低电平的信号时，第一三极管q1导通，电源信号vcc通过导通的第一三极管q1输送至第一继电器21线圈的第一端和第二继电器22线圈的第一端。其中，可将第一继电器21和第二继电器22优选为电磁继电器，且该电磁继电器可以为双刀双掷的电磁继电器。

第一互锁电路31包括第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二三极管q2、以及第三三极管q3。其中，第三电阻r3的第一端与第二控制信号输入端电连接，第三电阻r3的第二端与第二三极管q2的控制端电连接；第二三极管q2的第一电极与第一继电器21线圈的第二端电连接，第二三极管q2的第二电极接地；第四电阻r4的第一端与第二三极管q2的控制端电连接，第四电阻r4的第二端与第二三极管q2的第二电极电连接；第五电阻r5的第一端与所述第三控制信号输入端电连接，第五电阻r5的第二端与第三三极管q3的控制端电连接；第三三极管q3的第一电极与所述第二三极管的控制端电连接，第三三极管q3的第二电极接地；第六电阻r6的第一端与第三三极管q3的控制端电连接，第六电阻r6的第二端与第三三极管q3的第二电极电连接。

若将第二三极管q2和第三三极管q3均优选为npn型三极管，且第一互锁电路31的第二控制信号输入端输入高电平信号时第二三极管q2导通，第一互锁电路31的第三控制信号输入端输入高电平信号时，第三三极管q3导通。为使得电源信号vcc与第一互锁电路31的接地端形成回路，则需要控制电路10中第一控制信号输入端输入的第一控制信号c1与第一互锁电路31中第二控制信号输入端输入的第二控制信号c2互为相反，即第一控制信号为低电平，第二控制信号为高电平，使得第一继电器21上电，第一继电器21的动触点与其常开触点接触，第一母线a投入功率模块进行充电，相应的，第二继电器22的动触点与其静触点接触，使得第二母线b无法投入功率模块进行充电，从而实现保护电路中控制电路10与第一互锁电路31之间的双极性控制。

此外，第一互锁电路31中第二控制信号输入端输入的第二控制信号为高电平的信号时，第二三极管q2导通，而当控制芯片中发出的控制信号出现逻辑性混乱或电磁干扰时，第一互锁电路31中第三控制信号输入端输入的第三控制信号c3使得第三三极管q3导通，由于第三三极管q3的第一电极即集电极与第二三极管q2的控制端即基极电连接，因此会使得第二三极管q2的基极拉至低电平，从而使得第二三极管q2断开，而第三三极管q3导通，此时电源信号vcc无法与第一互锁电路31的接地端形成回路，致使第一继电器21的动触点恢复与常闭触点的接触，第一母线a切出功率模块。从而实现保护电路的控制位互锁。

第二互锁电路32包括第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第四三极管q4、以及第五三极管q5。其中，第七电阻r7的第一端与第四控制信号输入端电连接，第七电阻r7的第二端与第四三极管q4的控制端电连接；第四三极管q4的第一电极与第二继电器22线圈的第二端电连接，以及第四三极管q4的第二电极接地；第八电阻r8的第一端与第四三极管q4的控制端电连接，第八电阻r8的第二端与第四三极管q4的第二电极电连接；第九电阻r9的第一端与第五控制信号输入端电连接，第九电阻r9的第二端与第五三极管q5的控制端电连接；第五三极管q5的第一电极与第四三极管q4的控制端电连接，以及第五三极管q5的第二电极接地；第十电阻r10的第一端与第五三极管q5的控制端电连接，第十电阻r10的第二端与第五三极管q5的第二电极电连接。

若将第四三极管q4和第五三极管q5均优选为npn型三极管，且第二互锁电路32的第四控制信号输入端输入高电平信号时第四三极管q4导通，第二互锁电路32的第五控制信号输入端输入高电平信号时，第五三极管q5导通。而只有当第四三极管q4导通时，电源信号vcc才能通过第二继电器22与第二互锁电路32的接地端形成回路。由于第二互锁电路32的第四控制信号输入端和第五控制信号输入端分别输入第三控制信号c3和第二控制信号c2，因而只有当第三控制信号c3为高电平信号时，第四三极管q4才能导通，因此，第一互锁电路31结合第二互锁电路32所组成的保护电路，能够进一步实现控制位互锁。

可选的，为使得控制芯片在控制过程中，双母线对功率模块投入和切出时，影响充电过程中功率的输出，因而需要为保护电路设置反冲电路。图3是本发明实施例提供的又一种双母线功率投切保护电路的结构示意图。

如图3所示，该保护电路在原有电路的基础上增加了两个反冲电路，即第一反冲电路41和第二反冲电路42。其中，第一反冲电路41的第一端与第一继电器21线圈的第一端电连接，第一反冲电路41的第二端与第一继电器21线圈的第二端电连接；第二反冲电路42的第一端与第二继电器22线圈的第一端电连接，第二反冲电路42的第二端与第二继电器22线圈的第二端电连接。第一反冲电路41为第一继电器21提供相应的反冲电压信号，使得第一继电器21能够在控制芯片发出的控制信号转变时，继续保持状态，直至控制芯片的控制信号稳定后第一继电器21的状态发生相应的转变，进而使得所输出的功率不受影响。同样的，当控制芯片发出的控制信号发生变化时，第二反冲电路42为第二继电器22提供保持原状态的反冲电压，直至控制芯片发出的控制信号稳定控制保护电路的各控制信号输入端时，第二继电器22的状态方可发生变化。

可将第一反冲电路可选为包括第一二极管，第二反冲电路可选为包括第二三极管。图4是本发明实施例提供的又一种双母线功率投切保护电路的具体电路图。如图4所示，第一二极管d1的阳极与第一继电器21线圈的第二端电连接，第一二极管d1的阴极与第一继电器21线圈的第一端电连接；第二二极管d2的阳极与第二继电器22线圈的第二端电连接，第二二极管d2的阴极与第二继电器22线圈的第一端电连接。

本发明实施例通过具体的电路设计，能够分别实现保护电路的双极性控制、控制位互锁、以及两个继电器之间的电气互锁，从而使得双母线连接方式的输电线路中两条母线对同一功率模块的投入和切出相互制约，提高充电电路的安全性，以及充电设备的充电安全，进一步节省外部电路设计的复杂性，降低充电装置的成本。

实施例三

图5是本发明实施例提供的一种双母线功率投切设备的结构示意图。如图5所示，双母线功率投切设备100包括本发明实施例提供的双母线功率投切保护电路110。其中，双母线功率投切设备100可以为任意一种具有双母线传输线路的充电装置，例如可以为电动车的充电桩等。

本发明实施例提供的双母线功率投切设备，通过采用本发明实施例提供的双母线功率投切保护电路能够防止该设备中双母线对同一功率模块的同时投入，从而提高充电电路的安全性，以及保证充电设备的充电安全，进一步降低设备外部电路的设计复杂性，降低设备成本。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。