直流充电桩三合一隔离采样电路的制作方法

本实用新型涉及电压检测技术领域，具体涉及一种电动汽车直流充电桩三合一隔离采样电路。

背景技术：

在电动汽车直流充电桩产品上，监控模块需要采样系统充电模块直流输出侧绝缘电阻、电池侧直流电压及电池反接检测，且充电模块输出侧与电池侧之间串联有一接触器，如果要进行上述三种采样监测，目前市面上通用做法是将模块输出侧绝缘电阻采样（兼模块输出电压采样）、电池电压采样电路甚至电池反接采样电路分别单独作为一个电路进行采样，即需要少至两个多至三个电路进行采样，则存在以下几方面弊端：电路器件多，单板成本较高；每个单板面积较大，使整个电路结构体积、内部布局走线受影响，且不易进行维修。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种将直流绝缘电阻采样、电池直流电压采样及电池反接采样三项功能集于一体的隔离采样电路。

一种直流充电桩三合一隔离采样电路，包括光耦开关电路、光耦电桥电路、隔离运放电路、差分运放电路、同相跟随电路、反相运放电路及微处理器；所述光耦开关电路输入端连接至直流母线电压或电池电压，输出端与所述光耦电桥电路输入端相连，所述光耦电桥电路输出端与所述隔离运放电路输入端相连；所述隔离运放电路的输出端与所述差分运放电路的输入端相连；所述差分运放电路的输出端分别与所述同相跟随电路、反相运放电路的输入端相连；所述同相跟随电路、反相运放电路的输出端与微处理器相连；所述光耦开关电路和光耦电桥电路设有不同的光电耦继电器。

进一步地，所述光耦开关电路包括光耦继电器IC1A、光耦继电器IC1B、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述光耦继电器IC1A的发光二极管阳极通过电阻R1接电源VCC1，所述光耦继电器IC1A的发光二极管阴极接开关K2，所述光耦继电器IC1A的输入端接直流母线正电压，所述光耦继电器IC1A的输出端接所述光耦电桥电路输入端；所述光耦继电器IC1B的发光二极管阳极通过电阻R2接电源VCC1，所述光耦继电器IC1B的发光二极管阴极接开关K1，所述光耦继电器IC1B的输入端接直流电池正电压，所述光耦继电器IC1B的输出端通过电阻R3接所述光耦电桥电路输入端。

进一步地，所述光耦电桥电路包括光耦继电器IC2A、光耦继电器IC2B、光耦继电器IC3B、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11；所述光耦继电器IC2B的发光二极管阳极通过电阻R4接电源VCC1，所述光耦继电器IC2B的发光二极管阴极接开关K3，光耦继电器IC2B输入端通过电阻R6接光耦电桥电路输入端，光耦继电器IC2B输出端分别接光耦继电器IC3B输入端、光耦继电器IC2A输出端，再接地；所述光耦继电器IC2A的发光二极管阳极通过电阻R11接电源VCC1，所述光耦继电器IC2A的发光二极管阴极接开关K5，光耦继电器IC2A输入端通过电阻R8接光耦电桥电路输入端，电阻R8、R10和R9串联；所述光耦继电器IC3B的发光二极管阳极通过电阻R5接电源VCC1，所述光耦继电器IC3B的发光二极管阴极接开关K4，光耦继电器IC3B输出端通过电阻R7接直流母线负电压，电阻R7与电阻R9串联，电阻R8和电阻R10之间接隔离运放电路第一输入端，电阻R9和电阻R10之间接隔离运放电路第二输入端。

进一步地，所述隔离运放电路包括隔离光耦IC4、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15；所述隔离运放电路第一输入端通过接电容C1接地，通过接电阻R12与隔离光耦IC4正向输入端相连，所述隔离运放电路第二输入端通过接电容C2接地，通过接电阻R13与隔离光耦IC4反向输入端相连，电容C3并联在电阻R12和电阻R13之间，隔离光耦IC4同相输出端和反向输出端分别通过电阻R14、电阻R15接差分运放电路输入端。

进一步地，所述差分运放电路包括运算放大器IC5A、电容C4、电阻C5、电阻R16、电阻R17；所述运算放大器IC5A的同相输入端IN+通过并联的电阻R16和电容C4接地，所述电阻R17和电容C5并联在所述运算放大器IC5A的同相输入端IN-与输出端之间，运算放大器IC5A输出端与同相跟随电路和反相运放电路输入端连接。

进一步地，所述同相跟随电路包括运算放大器IC6B、电容C6、电阻R18、电阻R19、二极管D1和二极管D3；所述运算放大器IC6B的同相输入端IN+接电阻R18，运算放大器IC6B输出端串联二极管D1和电阻R19，运算放大器IC6B的同相输入端IN-接于二极管D1和电阻R19之间，电阻R19通过接电容C6接地，电阻R19并联二极管D3接微处理器。

进一步地，所述反相运放电路包括运算放大器IC6A、电容C7、电阻R20、电阻R21、电阻R22和二极管D2和二极管D4；所述运算放大器IC6A的同相输入端IN-接电阻R20，运算放大器IC6A的同相输入端IN+接地，运算放大器IC6A输出端串联二极管D2和电阻R22，运算放大器IC6A的同相输入端IN-通过电阻R21接于二极管D2和电阻R22之间，电阻R22通过接电容C7接地，电阻R22并联二极管D4接微处理器。

进一步地，保持所述光耦继电器IC1A闭合，光耦继电器IC1B断开，光耦继电器IC2A、光耦继电器IC2B、光耦继电器IC3B闭合，组成直流绝缘电阻采样电路。

进一步地，保持所述光耦继电器IC1B闭合，光耦继电器IC1A、光耦继电器IC2A、光耦继电器IC2B、光耦继电器IC3B断开， 组成电池直流电压采样电路。

进一步地，保持所述光耦继电器IC1B闭合，光耦继电器IC1A、光耦继电器IC2A、光耦继电器IC2B和光耦继电器IC3B断开，组成电池反接采样电路。

上述直流充电桩三合一隔离采样电路采用简单的光耦继电器、隔离运放、普通运放、二极管、电阻和电容，通过光电耦继电器的断开或闭合来实现直流绝缘电阻采样、电池直流电压采样及电池反接采样等三项功能于一体的隔离采样电路。本实用新型大大精简了电路，具有成本低、面积小、可靠性高、精度高、应用范围宽等特点，可应用于所有电动汽车直流充电桩产品。

附图说明

图1是本实用新型实施例直流充电桩三合一隔离采样电路的原理框图。

图2是本实用新型实施例直流充电桩三合一隔离采样的电路图。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和附图对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1和图2，一种直流充电桩三合一隔离采样电路10，包括光耦开关电路20、光耦电桥电路30、隔离运放电路40、差分运放电路50、同相跟随电路60、反相运放电路70及微处理器80；所述光耦开关电路20输入端连接至直流母线电压或电池电压，输出端与所述光耦电桥电路30输入端相连，所述光耦电桥电路30输出端与所述隔离运放电路40输入端相连；所述隔离运放电路40的输出端与所述差分运放电路50的输入端相连；所述差分运放电路50的输出端分别与所述同相跟随电路60、反相运放电路70的输入端相连；所述同相跟随电路60、反相运放电路70的输出端与微处理器80相连；所述光耦开关电路20和光耦电桥电路30设有不同的光电耦继电器，通过不同的光电耦继电器的闭合与断开实现直流绝缘电阻采样电路、电池直流电压采样电路及电池反接采样电路。

具体地，所述直流母线电压或电池电压经过光耦开关电路20传输到光耦电桥电路30，经比例衰减后传输到隔离运放电路40及差分运放电路50，经隔离比例放大后再传输到同相跟随电路60及反相运放电路70，最后再传输到微处理器80进行采样计算。

进一步地，所述光耦开关电路20包括光耦继电器IC1A、光耦继电器IC1B、电阻R1、电阻R2和电阻R3，所述光耦继电器IC1A的发光二极管阳极通过电阻R1接电源VCC1，所述光耦继电器IC1A的发光二极管阴极接开关K2，所述光耦继电器IC1A的输入端接直流母线正电压，所述光耦继电器IC1A的输出端接所述光耦电桥电路输入端；所述光耦继电器IC1B的发光二极管阳极通过电阻R2接电源VCC1，所述光耦继电器IC1B的发光二极管阴极接开关K1，所述光耦继电器IC1B的输入端接直流电池正电压，所述光耦继电器IC1B的输出端通过电阻R3接所述光耦电桥电路输入端。所述光耦开关电路20用于控制电路的直流母线电压或电池电压的输入。

进一步地，所述光耦电桥电路30包括光耦继电器IC2A、光耦继电器IC2B、光耦继电器IC3B、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11；所述光耦继电器IC2B的发光二极管阳极通过电阻R4接电源VCC1，所述光耦继电器IC2B的发光二极管阴极接开关K3，光耦继电器IC2B输入端通过电阻R6接光耦电桥电路输入端，光耦继电器IC2B输出端分别接光耦继电器IC3B输入端、光耦继电器IC2A输出端，再接地；所述光耦继电器IC2A的发光二极管阳极通过电阻R11接电源VCC1，所述光耦继电器IC2A的发光二极管阴极接开关K5，光耦继电器IC2A输入端通过电阻R8接光耦电桥电路输入端，电阻R8、R10和R9串联；所述光耦继电器IC3B的发光二极管阳极通过电阻R5接电源VCC1，所述光耦继电器IC3B的发光二极管阴极接开关K4，光耦继电器IC3B输出端通过电阻R7接直流母线负电压，电阻R7与电阻R9串联，电阻R8和电阻R10之间接隔离运放电路第一输入端，电阻R9和电阻R10之间接隔离运放电路第二输入端。所述光耦电桥电路30用于对电信号进行比例衰减，再将比例衰减的电信号传输到隔离运放电路40。

进一步地，所述隔离运放电路40包括隔离光耦IC4、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R12、电阻R13、电阻R14和电阻R15；所述隔离运放电路第一输入端通过接电容C1接地，通过接电阻R12与隔离光耦IC4正向输入端相连，所述隔离运放电路第二输入端通过接电容C2接地，通过接电阻R13与隔离光耦IC4反向输入端相连，电容C3并联在电阻R12和电阻R13之间，隔离光耦IC4同相输出端和反向输出端分别通过电阻R14、电阻R15接差分运放电路输入端。所述隔离运放电路40用于隔离、阻抗匹配、增强电路输出能力，再将处理过的电信号传输到差分运放电路50中。

进一步地，所述差分运放电路50包括运算放大器IC5A、电容C4、电阻C5、电阻R16、电阻R17；所述运算放大器IC5A的同相输入端IN+通过并联的电阻R16和电容C4接地，所述电阻R17和电容C5并联在所述运算放大器IC5A的同相输入端IN-与输出端之间，运算放大器IC5A输出端与同相跟随电路和反相运放电路输入端连接。所述差分运放电路50用于电信号的比例放大，再将处理过的电信号传输到同相跟随电路或反相运放电路中。

进一步地，所述同相跟随电路60包括运算放大器IC6B、电容C6、电阻R18、电阻R19、二极管D1和二极管D3；所述运算放大器IC6B的同相输入端IN+接电阻R18，运算放大器IC6B输出端串联二极管D1和电阻R19，运算放大器IC6B的同相输入端IN-接于二极管D1和电阻R19之间，电阻R19通过接电容C6接地，电阻R19并联二极管D3接微处理器。所述同相跟随电路60用于将接收的电信号传输到微处理器中进行数据计算。所述反相运放电路70包括运算放大器IC6A、电容C7、电阻R20、电阻R21、电阻R22和二极管D2和二极管D4；所述运算放大器IC6A的同相输入端IN-接电阻R20，运算放大器IC6A的同相输入端IN+接地，运算放大器IC6A输出端串联二极管D2和电阻R22，运算放大器IC6A的同相输入端IN-通过电阻R21接于二极管D2和电阻R22之间，电阻R22通过接电容C7接地，电阻R22并联二极管D4接微处理器。所述反相运放电路70用于将接收的电信号传输到微处理器中进行数据计算。所述微处理器接80收到同相跟随电路和反相运放电路的电信号后进行转换，计算出相应的数据。

进一步地，保持所述光耦继电器IC1A闭合，光耦继电器IC1B断开，光耦继电器IC2A、光耦继电器IC2B、光耦继电器IC3B闭合，组成直流绝缘电阻采样电路。保持所述光耦继电器IC1B闭合，光耦继电器IC1A、光耦继电器IC2A、光耦继电器IC2B、光耦继电器IC3B断开， 组成电池直流电压采样电路。保持所述光耦继电器IC1B闭合，光耦继电器IC1A、光耦继电器IC2A、光耦继电器IC2B和光耦继电器IC3B断开，组成电池反接采样电路。

具体地，绝缘电阻采样原理：保持IC1A闭合，IC1B断开，后级即生成由IC2A、IC2B、IC3B光耦继电器等组成的经典非平衡电桥绝缘电阻监测电路；通过光耦继电器IC2A、IC2B、IC3B的组合开关，由分压定律及采样得到的母线电压、采样电阻R10电压，得到两组由正负母线绝缘电阻Rx、Ry组成的二元一次方程，通过解该方程组，计算出正负母线绝缘电阻Rx、Ry阻值。

具体地，电池电压正向采样原理：保持IC1B闭合，IC1A、IC2A、IC2B、IC3B断开，通过电阻分压将R10正向电压接入隔离光耦IC4采样，经IC4隔离采样放大后接入差分比例运放IC5A，经IC5A差分放大后接入跟随器IC6B，经IC6B正向跟随接入微处理器进行A/D采样处理后，即可计算出电池正接电压。

具体地，电池电压反接采样原理：保持IC1B闭合，IC1A、IC2A、IC2B、IC3B断开，通过电阻分压将R10反向电压接入隔离光耦IC4采样，经IC4隔离采样放大后接入差分比例运放IC5A，经IC5A差分放大后接入反相比例运放IC6A，经IC6A反相放大后接入微处理器进行AD采样处理后，即可计算出电池反接电压。

上述直流充电桩三合一隔离采样电路采用简单的光耦继电器、隔离运放、普通运放、二极管、电阻和电容，通过光电耦继电器的断开或闭合来实现直流绝缘电阻采样、电池直流电压采样及电池反接采样等三项功能于一体的隔离采样电路。利用不同的光电耦开关的断开与闭合实现不同的电路功能。本实用新型大大精简了电路，具有成本低、面积小、可靠性高、精度高、应用范围宽等特点，可可应用于所有电动汽车直流充电桩产品，值得大力推广。

需要说明的是，本实用新型并不局限于上述实施方式，根据本实用新型的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本实用新型的创造精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。