直流充电桩用多路通信隔离装置的制作方法

1.本实用新型涉及电动汽车充电桩，特别涉及一种直流充电桩用多路通信隔离装置。


背景技术：

2.直流充电桩是一个典型的强弱电结合的电子系统，其内部集成了充电功率流的强电部分和后台的控制、显示、通信、计费等弱电系统。通常，直流充电桩内数据传输的主要通信方式包括can总线、rs485总线、rs232总线、wifi、gprs、工业以太网等，其中，直流充电桩和电动汽车通过can进行通信，直流充电桩的控制单元和充电机之间也通过can通信以控制充电过程，rs485总线和rs232总线都是典型的串行通信标准，电能表、绝缘检测和控制单元之间一般通过rs485进行通信，刷卡机、微型打印机等部件和控制单元之间一般通过rs232进行通信，wifi、gprs、工业以太网等主要是连接车联网、服务器后台等。
3.由于直流充电桩所处的现场环境较为复杂，且其内部包含与强电相关的控制单元，同时控制单元和多个弱电系统之间基于多种通信方式的数据传输，因而需要对直流充电桩内的数据传输进行通信隔离，以适应强干扰环境并满足相关安全标准。
4.目前，通信隔离一般是通过单个隔离器件实现，而当需要进行多路通信隔离时，例如直流充电桩内存在can、rs485、rs232、工业以太网等多路数据传输，则需要相应设置多个隔离器件，而带隔离功能的通信芯片价格较高，且占用pcb面积较大，不仅造成相应的硬件成本较高，而且在pcb空间要求较高的产品上实现难度也较大。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种直流充电桩用多路通信隔离装置，通过支持四路信号隔离通道的隔离模块以及支持spi协议的微控制器和单片机，实现了多路通信隔离，减低了电路器件成本，亦能减少pcb上占用面积。
6.本实用新型是这样实现的：
7.一种直流充电桩用多路通信隔离装置，所述充电桩的控制单元包括微控制器，充电桩的数据传输采用多种通信方式；
8.所述装置包括隔离模块和收发模块；
9.所述隔离模块包括隔离器，隔离器包括原边电源电压输入端、副边电源电压输出端和至少四路信号隔离通道；
10.所述收发模块包括单片机；所述微控制器和单片机均支持spi协议，所述微控制器为spi主设备并包括主设备数据输出端、主设备数据输入端、时钟信号输出端和使能信号输出端，所述单片机为spi从设备并包括从设备数据输入端、从设备数据输出端、时钟信号输入端和使能信号输入端；所述主设备数据输出端和从设备数据输入端，主设备数据输入端和从设备数据输出端，时钟信号输出端和时钟信号输入端，使能信号输出端分别通过一路信号隔离通道连接；
11.所述收发模块还包括若干收发器，所述单片机还包括若干输入输出端，收发器的发送端和接收端分别与单片机的输入输出端连接；
12.所述原边电源电压输入端外接直流电源，副边电源电压输出端为单片机和收发器提供工作电源。
13.所述原边电源电压为直流5v，副边电源电压为直流5v。
14.所述收发器包括can收发器、rs485收发器、rs232收发器或以太网收发器的一种或几种。
15.本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：能满足直流充电桩的通信隔离要求，能确保直流充电桩强弱电之间的抗干扰性能和电气安全性能，装置电路结构简洁，大大降低了电路器件成本，并能减少pcb占用面积。
附图说明
16.图1为本实用新型充电桩用多路通信隔离装置的电路原理系统框图；
17.图2为本实用新型的电路结构示意图。
18.图中，1 控制单元，2隔离模块，3收发模块，4收发器，u1微控制器，u2隔离器，u3单片机。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
20.参见图1，一种直流充电桩用多路通信隔离装置，所述充电桩包括控制单元1，控制单元1包括微控制器u1。充电桩的数据传输采用多种通信方式，包括can总线、rs485总线、rs232总线、以太网等方式。所述装置包括隔离模块2和收发模块3。
21.参见图2，隔离模块2包括隔离器u2，用于实现电源隔离和通信隔离，隔离器u2包括原边电源电压输入端vdd1、副边电源电压输出端vdd2和四路信号隔离通道。四路信号隔离通道分别为第一信号隔离通道、第二信号隔离通道、第三信号隔离通道和第四信号隔离通道，每路信号隔离通道的输入端和输出端依次分别为via和voa、vib和vob、vic和voc、vid和vod。
22.收发模块3包括单片机u3和若干收发器4，收发器4包括但不限于can收发器、rs485收发器、rs232收发器、以太网收发器等，用于支持相应通信协议的数据传输。
23.微控制器u1和单片机u3均支持spi协议。spi（serial peripheral interface）即串行外围设备接口，是一种高速、全双工、同步通信总线，在芯片中只需占用四根管脚用于数据传输和控制，能大大节约芯片管脚数目，同时为pcb在布局上节省空间。spi协议规定了两个spi设备之间通信必须由主设备来控制从设备，从设备的时钟由主设备通过sck管脚提供给从设备，从设备本身不能产生或控制时钟，没有时钟则从设备不能正常工作。 spi是一个环形总线结构，由sdi、sdo、sck、cs构成，时序很简单，在sck的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。sdi（serial data input）作为数据的入口主要用于spi设备接收数据，sdo（serial data output）作为数据的出口主要用于spi设备发送数据，sck（serial clock）主要作用是主设备向从设备传输时钟信号，控制数据交换的时机和速率，cs（chip select）用于主设备片选从设备，使被选中的从设备能够被主设备访问。
24.由此，微控制器u1为spi主设备，具体地，微控制器u1上的sdo管脚作为主设备数据输出端，sdi管脚作为主设备数据输入端，sck管脚作为时钟信号输出端，cs管脚作为使能信号输出端。单片机u3为spi从设备，单片机u3的sdi管脚作为从设备数据输入端，sdo管脚作为从设备数据输出端，sck管脚作为时钟信号输入端，cs管脚作为使能信号输入端。主设备数据输出端和从设备数据输入端通过第一信号隔离通道进行数据传输，主设备数据输入端和从设备数据输出端通过第四信号隔离通道进行数据传输，时钟信号输出端和时钟信号输入端通过第三信号隔离通道进行数据传输，使能信号输出端通过第三信号隔离通道进行数据传输。
25.单片机u3还包括若干输入输出端i/o，收发器的发送端tx和接收端rx分别与单片机u3的输入输出端连接。
26.另外，原边电源电压输入端vdd1外接直流电源，副边电源电压输出端vdd2为单片机u3和各个收发器4提供工作电源。原边电源电压为直流5v，副边电源电压为直流5v。由此，通过隔离器u2实现了直流电源转换，能满足电源隔离耐压要求。
27.本实施例中，微控制器u1采用nxp mpc5775b芯片。隔离器u2为adi adum5401芯片，该四通道数字隔离器集成有隔离式dc/dc转换器，在单封装中实现隔离式dc/dc转换和通信数据隔离的集成，使得电路结构设计能够摆脱传统光耦合器的成本、尺寸、功耗、性能和可靠性限制，在设计中实现隔离。单片机u3采用nxp fs32k142hat0mlht芯片。
28.本实用新型直流充电桩用多路通信隔离装置应用于充电桩控制单元的时间应用中，相应地can收发器可以采用普通的非隔离芯片，can收发器的发送端信号、接收端信号与单片机的输入输出端连接，由单片机转换为spi信号并通过隔离器实现与微控制器的通信，能满足高低压区域的绝缘耐压要求。同样地，rs485、rs232、以太网等通信数据也可以通过隔离模块和收发模块来实现类似于can总线通信隔离，根据需要隔离的通信数据来选择相应的普通非隔离收发器就可以实现多路通信数据和控制单元的隔离，由此大大减少了用于通信隔离的电路器件成本。
29.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，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。