一种直流充电枪枪温隔离检测电路的制作方法

1.本实用新型属于充电枪温度检测领域，特别涉及一种直流充电枪枪温隔离检测电路。


背景技术：

2.目前，随着电动汽车的普及，相应的与之配套的充电桩也越来越普及。但是，现有的充电桩的安全防护普遍等级不高，在电动汽车使用充电桩进行充电的过程中，当充电枪温度过高时，会导致电流、电压或温度等持续升高，最终导致火灾的发生，存在很大的安全隐患。
3.目前现有技术中充电枪的温度检测电路大多采用两级以上运算放大器，采样输入直接由muc的adc采样端口读取，从采样输入到mcu之间没有进行高压隔离，且布线距离较长，板上走线时易形成电磁干扰，从而导致温度测量精度不高。
4.因此，有必要研究一种方案来提高充电时的安全性和温度检测的准确性，尤其能适合充电桩等对电压隔离有严格要求的温度测试场合。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提出一种直流充电枪枪温隔离检测电路，针对直流充电枪温度检测的应用场景，采用精密运放和具有较高输入阻抗的adc电路，只使用一级运放即可实现枪温检测，并将模拟信号转化为spi数字信号，经数字隔离电路传输至mcu，减少了模拟信号的布线长度。同时，还进一步设置有电压基准电路给惠斯通电桥和adc电路的参考电压输入端vref供电，保证了充电枪的温度检测精度。此外，通过设置有对称设计的两个温度检测电路，可同时对每把充电枪两个pt1000铂电阻的温度进行检测。适合充电桩等对电压隔离有严格要求的温度测试场合。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一种直流充电枪枪温隔离检测电路，其包括顺序串联连接的惠斯通电桥、差动放大电路、adc采样电路、数字隔离电路、mcu芯片，以及为惠斯通电桥和adc采样电路提供基准电压的电压基准电路。
8.在一个实施例中，惠斯通电桥包括对称设计的第一惠斯通电桥以及第二惠斯通电桥；其中，所述惠斯通电桥具有第一输入端tem1+、第二输入端tem2+、第三输入端verf2、第一负向输出端、第一正向输出端、第二负向输出端、第二正向输出端，第一输入端tem1+接直流充电枪的第一温度输出端，第二输入端tem2+接直流充电枪的第二温度输出端，第三输入端verf2接电压基准电路的输出端，第一负向输出端接差动放大电路的第一负向输入端，第一正向输出端接差动放大电路的第一正向输入端，第二负向输出端接差动放大电路的第二负向输入端，第二正向输出端接差动放大电路的第二正向输入端。
9.在一个实施例中，差动放大电路包括对称设计的第一差动放大电路以及第二差动放大电路，所述第一差动放大电路以及所述第二差动放大电路分别与对应的所述第一惠斯
通电桥以及所述第二惠斯通电桥串联连接；所述差动放大电路具有第一负向输入端、第一正向输入端、第二负向输入端、第二正向输入端、第三正向输入端、第一正向输出端、第二正向输出端；第一负向输入端接惠斯通电桥第一负向输出端，第一正向输入端接惠斯通电桥第一正向输出端，第二负向输入端接惠斯通电桥第二负向输出端，第二正向输入端接惠斯通电桥第二正向输出端，第一正向输出端接adc采样电路的ch0输入端，第二正向输出端接adc采样电路的ch1输入端。
10.在一个实施例中，adc采样电路具有模拟输入ch0端、模拟输入ch1端、参考电压输入vref端、片选输入cs端、串行时钟输入clk端、串行数据输入din端、串行数据输出dout端。模拟输入ch0端接差动放大电路第一正向输出端，模拟输入ch1端接差动放大电路第二正向输出端，参考电压输入vref端接电压基准电路电源输出vout端，片选输入cs端接数字隔离电路逻辑输出voa端，串行时钟输入clk端接数字隔离电路逻辑输出vob端，串行数据输入din端接数字隔离电路逻辑输出voc端，串行数据输出dout端接数字隔离电路逻辑输入via端。
11.在一个实施例中，数字隔离电路具有逻辑输出voa端、逻辑输出vob端、逻辑输出voc端、逻辑输入vid端、逻辑输入via端、逻辑输出vib端、逻辑输入vic端、逻辑输入vod端。逻辑输出voa端接adc采样电路片选输入cs端，逻辑输出vob端接adc采样电路串行时钟输入clk端，逻辑输出voc端接adc采样电路串行数据输入din端，逻辑输入vid端接adc采样电路串行数据输出dout端，逻辑输入via端接微控制器电路片选输出cs端，逻辑输出vib端接微控制器电路时钟输出sck端，逻辑输入vic端接微控制器电路串行数据输出do端，逻辑输入vod端接微控制器电路串行数据输入di端。
12.在一个实施例中，mcu芯片具有片选输出cs端、电路时钟输出sck端、串行数据输出do端、串行数据输入di端，mcu芯片的片选输出cs端接数字隔离电路逻辑输入via端，mcu芯片的电路时钟输出sck端接数字隔离电路时钟输出sck，mcu芯片的串行数据输出do端接数字隔离电路逻辑输入vic端，mcu芯片的串行数据输入di端接数字隔离电路逻辑输入vod端。
13.在一个实施例中，电压基准电路具有第一正向输入端，第一负向输入端，第一正向输出端；电压基准电路的第一正向输入端接电源电压，第一负向输入端接地，第一正向输出端接惠斯通电桥第三正向输入端verf2和adc采样电路的参考电压输入vref端。
14.本实用新型具有如下有益效果：
15.1、通过对称设计的两个惠斯通电桥及其差分放大单路，可对充电枪的两个pt1000电阻温度同时进行检测，从而提高了检测精度。
16.2、采用供电电压为1.8v-5v轨到轨的精密运放，使电路具有低失调电压、低噪声、低温漂、低功耗的优点，元件选择简单，成本低廉，功能稳定，适合严苛的工作环境。
17.3、由于所采用adc电路具有较高的输入阻抗，只使用了一级运放，没有使用运放跟随器，在满足性能的前提下进一步简化了电路结构。
18.4、采样信号经12位adc电路，将模拟信号转化为spi数字信号，经数字隔离电路传输至mcu，减少了模拟信号的布线长度，同时由于隔离电路采用容耦技术，信号具有很好的跟随特性，在成本和性能上更具优势，可实现最高达3000vrms的电压隔离。
19.5、采用电压基准电路给惠斯通电桥和adc电路的参考电压输入vref端供电，电源输出稳定，纹波小，保证了充电枪的温度检测精度。
附图说明
20.图1是本实用新型电路结构整体示意图；
21.图2是本实用新型具体电路图。
具体实施方式
22.下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。
23.以下结合附图1-2对本实用新型作进一步详述：
24.本实用新型提供了一种温度隔离检测电路，其包括顺序串联连接的惠斯通电桥(1)、差动放大电路(2)、adc采样电路(3)、数字隔离电路(4)、mcu芯片(5)，以及为惠斯通电桥和adc采样电路提供基准电压的电压基准电路(6)。
25.在一个具体实施例中，直流充电枪枪温探测部分包括第一温度输出端以及第二温度输出端，该第一温度输出端pt1000以及第二温度输出端pt1000具有公共接地端tcom，该第一温度输出端以及第二温度输出端的另一端分别接入惠斯通电桥(1)的第一输入端tem1+、以及第二输入端tem2+。
26.惠斯通电桥(1)包括对称设计的第一惠斯通电桥以及第二惠斯通电桥；其中，所述惠斯通电桥具有第一输入端tem1+、第二输入端tem2+、第三输入端verf2、第一负向输出端、第一正向输出端、第二负向输出端、第二正向输出端，第一输入端tem1+接直流充电枪的第一温度输出端，第二输入端tem2+接直流充电枪的第二温度输出端，第三输入端verf2接电压基准电路的输出端，第一负向输出端接差动放大电路的第一负向输入端，第一正向输出端接差动放大电路的第一正向输入端，第二负向输出端接差动放大电路的第二负向输入端，第二正向输出端接差动放大电路的第二正向输入端。
27.如图2所示，在一个具体实施例中，第一惠斯通电桥包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1。其中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3为精密电阻，精度为0.1％，因pt1000厚膜铂电阻温度传感器允许通过的工作电流为≦0.5ma，第一电阻r1、第二电阻r2的取值为第三电阻r3的取值是温度为0℃时铂热电阻的电阻值，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和外接的pt1000铂热电阻rx1共同构成非平衡的惠斯通电桥，第一正向输出端和第一负向输出端间的电压差rx1发生变化会导致
△
v1发生变化。
28.第一电容c1为片式陶瓷电容器，在一个优选实施例中，其取值为1uf，对信号进行滤波。
29.此外，第二惠斯通电桥包括第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第四电容c4。该第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第四电容c4分别与第一惠斯通电桥中的第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一电容c1采用相同的参数，构成对称电路。
30.第二惠斯通电桥外接直流充电枪的另一路pt1000铂热电阻rx2共同构成非平衡的
惠斯通电桥，第二正向输出端和第二负向输出端间的电压差为
31.差动放大电路(2)包括对称设计的第一差动放大电路以及第二差动放大电路；所述差动放大电路具有第一负向输入端、第一正向输入端、第二负向输入端、第二正向输入端、第三正向输入端、第一正向输出端、第二正向输出端；第一负向输入端接惠斯通电桥第一负向输出端，第一正向输入端接惠斯通电桥第一正向输出端，第二负向输入端接惠斯通电桥第二负向输出端，第二正向输入端接惠斯通电桥第二正向输出端，第一正向输出端接adc采样电路的ch0输入端，第二正向输出端接adc采样电路的ch1输入端。
32.如图2所示，在一个具体实施例中，第一差动放大电路包括第一运放u1a、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第二电容c2、第三电容c3以及第一二极管d1、第二二极管d2。第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7为精密电阻，精度为0.1％。u1为a轨到轨的精密运放，供电电压为1.8v-5v，该精密运放具有低失调电压、低噪声、低温漂、低功耗的优点，适合温度检测等需要精密测量的领域。r4、r5、r6、r7与精密运放u1a共同构成第一差动放大电路，取值r4＝r5，r6＝r7，根据电路的放大需求，输出电压
33.其中，在一个优选实施例中，第二电容c2为片式陶瓷电容器，其取值为1nf，作用为补偿电容，防止电路发生震荡。第一二极管d1、第二二极管d2为快恢复二极管，作用为静电钳位。第八电阻r8为厚膜电阻，取值为100ω，防止电路反射。第三电容c3为片式陶瓷电容器，取值为100nf，作用为滤波。
34.此外，第二差动放大电路包括第二功放u1b、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第五电容c5、第六电容c6、第三二极管d3、第四二极管d4。第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第五电容c5、第六电容c6、第三二极管d3、第四二极管d4分别与第一差动放大电路中的第一运放u1a、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第二电容c2、第三电容c3以及第一二极管d1、第二二极管d2采用相同的参数，构成对称电路，输出电压。
35.通过上述对称设计的两个惠斯通电桥及其差分放大单路，可对充电枪的两个pt1000电阻温度同时进行检测，从而提高了温度检测精度。
36.adc采样电路(3)，其具有模拟输入ch0端、模拟输入ch1端、参考电压输入vref端、片选输入cs端、串行时钟输入clk端、串行数据输入din端、串行数据输出dout端。模拟输入ch0端接差动放大电路第一正向输出端，模拟输入ch1端接差动放大电路第二正向输出端，参考电压输入vref端接电压基准电路电源输出vout端，片选输入cs端接数字隔离电路逻辑输出voa端，串行时钟输入clk端接数字隔离电路逻辑输出vob端，串行数据输入din端接数字隔离电路逻辑输出voc端，串行数据输出dout端接数字隔离电路逻辑输入via端。
37.如图2所示，在一个具体实施例中，adc采样电路为8通道带spi接口的12位可编程模数转换电路u2，一把直流充电枪枪温检测用到了其中的2个单端输入接口ch0、ch1，模拟参考电压vref由电压基准电路产生，将模拟信号转换为数字信号并采用串行外围设备接口spi进行通信，由mcu将其配置为从模式，其中cs为片选输入、串行时钟输入为clk、din为串
行数据输入、dout为串行数据输出，转化率高达100ksps。
38.数字隔离电路(4)，其具有逻辑输出voa端、逻辑输出vob端、逻辑输出voc端、逻辑输入vid端、逻辑输入via端、逻辑输出vib端、逻辑输入vic端、逻辑输入vod端。逻辑输出voa端接adc采样电路片选输入cs端，逻辑输出vob端接adc采样电路串行时钟输入clk端，逻辑输出voc端接adc采样电路串行数据输入din端，逻辑输入vid端接adc采样电路串行数据输出dout端，逻辑输入via端接微控制器电路片选输出cs端，逻辑输出vib端接微控制器电路时钟输出sck端，逻辑输入vic端接微控制器电路串行数据输出do端，逻辑输入vod端接微控制器电路串行数据输入di端。
39.如图2所示，在一个具体实施例中，数字隔离电路使用容耦数字隔离器，其具有增强的静电放电保护，最高能隔离3.0kv rms的电压，传输速率10mbps。该容耦数字隔离器u4将mcu串行外围设备接口spi的片选输出cs、时钟输出sck、串行数据输出do分别输出到adc采样电路片选输入cs端、串行时钟输入clk端、串行数据输入din端，将adc采样电路的串行数据输出dout输出到mcu的串行数据输入di端，实现adc采样电路和mcu芯片之间的spi通信。
40.mcu芯片(5)，其具有片选输出cs端、电路时钟输出sck端、串行数据输出do端、串行数据输入di端。mcu芯片的片选输出cs端接数字隔离电路逻辑输入via端，mcu芯片的电路时钟输出sck端接数字隔离电路时钟输出sck，mcu芯片的串行数据输出do端接数字隔离电路逻辑输入vic端，mcu芯片的串行数据输入di端接数字隔离电路逻辑输入vod端。
41.在一个具体实施例中，mcu芯片u5通过带串行外围设备接口spi，与adc采样电路通信，读取电压采样值，并进行数据处理，实现枪温检测。
42.电压基准电路(6)，其具有第一正向输入端，第一负向输入端，第一正向输出端。电压基准电路u6的第一正向输入端接电源电压，第一负向输入端接地，第一正向输出端接惠斯通电桥第三正向输入端verf2和adc采样电路的参考电压输入vref端。
43.在一个具体实施例中，电压基准电路u6，可同时给惠斯通电桥的输入端vref1、输入端vref2以及adc电路的参考电压输入端vref供电，使得电源输出稳定，且纹波小，从而进一步提高了检测精度。
44.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。