一种自动断电的电动车充电器论文和设计-张訢炜

全文摘要

本实用新型提供了一种自动断电的电动车充电器，包括依次连接的充电电路、电流采样电路、微控制器和晶闸管控制电路，所述充电电路为电动车充电器的基本电路，所述电流采样电路实现对充电电路直流输出信号的循环采集，所述微控制器为STM32F407微控制器，所述微控制器作为实现自动断电功能的主控芯片，A\/D转换接口接收电流采样电路输出的触发信号，实现触发信号到开关信号的转换，所述晶闸管控制电路与充电电路连接，所述晶闸管控制电路接收到微控制器I\/O口输出的开关信号，则切断220V交流输入。本实用新型设计合理，结构简单，对电动车充电器原有充电电路进行改造，实现充满电后自动断电，防止过充，保护电池，减少安全隐患。

主设计要求

1.一种自动断电的电动车充电器，其特征在于，包括充电电路(1)、电流采样电路(2)、微控制器(3)和晶闸管控制电路(4)，所述充电电路(1)为电动车充电器的基本电路，所述电流采样电路(2)的输入端与充电电路(1)的输出端通过导线连接，所述电流采样电路(2)的触发信号输出端与微控制器(3)的A\/D转换接口通过导线连接，所述微控制器(3)的I\/O输出口与晶闸管控制电路(4)的输入端通过导线连接，所述晶闸管控制电路(4)的输出端与充电电路(1)通过导线连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种自动断电的电动车充电器，其特征在于，所述微控制器(3)为STM32F407微控制器。

3.根据权利要求1所述的一种自动断电的电动车充电器，其特征在于，所述充电电路(1)的输入端输入220V交流电，所述充电电路(1)的输出端输出的电流为电池额定值直流电。

4.根据权利要求1所述的一种自动断电的电动车充电器，其特征在于，所述电流采样电路(2)包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1、二极管D2和电容C1，所述电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端与运算放大器U1反相输入端连接，所述电阻R2的一端与电流采样电路(2)的输入端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接，所述电阻R5的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U2的同相输入端连接，所述电阻R6的一端与运算放大器U2的输出端连接，电阻R6的另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极连接+3.3V直流电压，电容C1与二极管D2并联，二极管D2的正极接地，二极管D2的负极与二极管D1的正极连接并连接到电流采样电路(2)的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种自动断电的电动车充电器，其特征在于，所述晶闸管控制电路(4)包括反相器A、光电耦合器B、双向晶闸管VT、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电容C2，晶闸管控制电路(4)的输出端包括第一输出端和第二输出端，所述反相器A的输入端与晶闸管控制电路的输入端连接，反相器A的输出端与光电耦合器B中的发光二极管D3的正极连接，发光二极管D3的负极接地，电阻R7的一端与光电耦合器B中光敏三极管V的集电极连接，电阻R7的另一端与第一输出端连接，电阻R8的一端与光电耦合器B中光敏三极管V的发射极连接，电阻R8的另一端与第二输出端连接，双向晶闸管VT的第一主电极与第一输出端连接，双向晶闸管VT的第二主电极与第二输出端连接，双向晶闸管VT的控制极与光电耦合器B中光敏三极管V的发射极连接，电阻R9的一端与双向晶闸管VT的第一主电极连接，电阻R9的另一端通过电容C2与双向晶闸管VT的第二主电极连接，所述第一输出端和第二输出端与充电电路连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电动车充电器，具体涉及一种实现自动断电的电动车充电器。

背景技术

国家发改委能源研究所副所长王仲颖在“2018清洁供暖峰会”上表示，推动我国能源转型与能源结构调整，不能仅仅站在今天的资源角度来考虑，而是要“用明天的能量”解决今天的问题，构建实现能源协调发展、循环发展的经济能源生态系统。他表示，未来我国经济能源生态系统有四方面特点：一是交通领域的清洁能源革命，预计到2050年我国电动车保有量达到4亿辆，终端电气化比例达到60％；二是以绿色发展为内涵的能源生产革命，以风电、光电为主的绿色电力供应是实现能源生产和消费革命的必然路径；三是整个系统以电力为核心，占能源总体供应的60％以上，风电和光电作为主力电源；四是化石能源的清洁利用作为能源生产和消费革命的辅助措施。现在我国已成为电动助力车大国近年来，并且预计到2050年我国电动车保有量达到4亿辆，但随着电动车数量的增加与电动车相关的火灾事故也频发，造成大量人员伤亡。大量案例表明电动车火灾多数发生在充电过程中，主要原因是电动车自身电气线路短路、充电器线路过负荷、电动车电池充电时间过长。电动车充电器对电瓶充电过程中，当人们未拔除电源插头前，电瓶始终被充电，为此，会经常导致电瓶的过充电或欠充电的现象发生。电瓶的使用寿命与电瓶的充电方法密切相关，电瓶每次充电时间大约需要5-8h(按照电瓶的耗电量的不等有所不同)，充电器充电完成后(充电器指示灯显示绿灯)再充电1-3h就必须拔下充电器电源，否则会对电瓶造成伤害长此以往电瓶的性能会大幅度降低。无论是在夜晚还是在上班期间，人们很难实现对充电电源的理想控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种实现自动断电的电动车充电器，该充电器结构简单，设计合理，成本低廉，能实现电动车充电器充满自动断电，而且可以控制充电时间，有效解决忘记充电，或者电池过充电的现象。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种实现自动断电的电动车充电器，其特征在于，包括充电电路、电流采样电路、微控制器和晶闸管控制电路，所述充电电路为电动车充电器的基本电路，所述电流采样电路的输入端与充电电路的输出端通过导线连接，所述电流采样电路的触发信号输出端与微控制器的A\/D转换接口通过导线连接，所述微控制器的I\/O输出口与晶闸管控制电路的输入端通过导线连接，所述晶闸管控制电路的输出端与充电电路通过导线连接。

优选地，所述充电电路实现220V交流输入到直流输出，直流输出为电池额定值。

优选地，所述电流采样电路电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1、二极管D2和电容C1，所述电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端与运算放大器U1反相输入端连接，所述电阻R2的一端与电流采样电路的输入端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接，所述电阻R5的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U2的同相输入端连接，所述电阻R6的一端与运算放大器U2的输出端连接，电阻R6的另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极连接+3.3V直流电压，电容C1与二极管D2并联，二极管D2的正极接地，二极管D2的负极与二极管D1的正极连接并连接到电流采样电路的输出端。电流采样电路的前端电阻将直流电流信号转化为直流电压信号，两个运算给放大器分别做电压跟随器，与采样电阻构成的采样电路相匹配，两个二极管组成钳位电路，加装滤波电容，保证输入微控制器A\/D采样端的输入电压信号保持在0～3.3V以内，防止微控制器烧毁，所述电流采样电路实现对一定范围内的直流输出信号的循环采集，采集到连续小电流信号时，输出触发信号，采集到连续大电流信号时，不输出触发信号。

优选地，所述微控制器选用STM32F407微控制器，STM32F407微控制器是实现自动断电功能的主控芯片，所述STM32F407微控制器的A\/D转换接口接收电流采样电路输出的触发信号，实现模拟量(触发信号)到数字量(开关信号)的转换，STM32F407微控制器的内部定时\/计数器实现延时，经一段延时后，STM32F407微控制器的I\/O口输出开关信号(高电平)至晶闸管控制电路，所述STM32F407微控制器的I\/O口输出开关信号前的延时时长可根据不同类型电池设置，可通过对微控制器的编程实现。

优选地，所述晶闸管控制电路包括反相器A、光电耦合器B、双向晶闸管VT、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电容C2，晶闸管控制电路的输出端包括第一输出端和第二输出端，所述反相器A的输入端与晶闸管控制电路的输入端连接，反相器A的输出端与光电耦合器B中的发光二极管D3的正极连接，发光二极管D3的负极接地，电阻R7的一端与光电耦合器B中光敏三极管V的集电极连接，电阻R7的另一端与第一输出端连接，电阻R8的一端与光电耦合器B中光敏三极管V的发射极连接，电阻R8的另一端与第二输出端连接，双向晶闸管VT的第一主电极与第一输出端连接，双向晶闸管VT的第二主电极与第二输出端连接，双向晶闸管VT的控制极与光电耦合器B中光敏三极管V的发射极连接，电阻R9的一端与双向晶闸管VT的第一主电极连接，电阻R9的另一端通过电容C2与双向晶闸管VT的第二主电极连接，所述第一输出端和第二输出端与充电电路连接。反相器对微控制器I\/O口输出的开关信号做取反运算，光电耦合器的导通受取反后的开关信号控制，双向晶闸管由光电耦合器内的电极电压触发从而作为充电电路的开关使用，电容充放电起延时保护作用，所述晶闸管控制电路实现切断充电电路的功能，晶闸管控制电路接收到微控制器I\/O口输出的高电平开关信号，则切断220V交流输入，使之不参与充电电路内的电能转换，实现充电电路的自动断开。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型结构简单，结构简单，设计合理，成本低廉，能实现电动车充电器充满自动断电，防止过充，保护电池，减少安全隐患，安装简便，可推广应用。

2、本实用新型采用的STM32F407微控制器具有功耗低、性能高、实时性强、成本低的优点。

3、本实用新型使用晶闸管控制电路，晶闸管控制电路开关动作迅速、无触点、寿命长、无电弧、无噪声。

4、本实用新型设置的电流采样电路能实现对一定范围内的直流输出信号的循环采集，采集到连续小电流信号时，输出触发信号，采集到连续大电流信号时，不输出触发信号，反应灵敏能及时输出触发信号。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的电路框架图。

图2是本实用新型中的电流采样电路的电路图。

图3是本实用新型中的晶闸管控制电路的电路图。

附图标记说明：

1—充电电路； 2—电流采样电路； 3—微控制器；

4—晶闸管控制电路。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括充电电路1、电流采样电路2、微控制器3和晶闸管控制电路4，所述充电电路1为电动车充电器的基本电路，所述电流采样电路2的输入端与充电电路1的输出端通过导线连接，所述电流采样电路2的触发信号输出端与微控制器3的A\/D转换接口通过导线连接，所述微控制器3的I\/O输出口与晶闸管控制电路4的输入端通过导线连接，所述晶闸管控制电路4的输出端与充电电路1通过导线连接。

本实施例中，所述充电电路1实现220V交流输入到直流输出，直流输出为电池额定值。

如图2所示，所述电流采样电路2包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器U1、运算放大器U2、二极管D1、二极管D2和电容C1，所述电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接，所述电阻R2的一端与电流采样电路的输入端连接，电阻R2的另一端与运算放大器U1的同相输入端连接，所述电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1同相输入端连接，所述电阻R4的一端接地，电阻R4的另一端与运算放大器U1的反相输入端连接，所述电阻R5的一端与运算放大器U1的输出端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U2的同相输入端连接，所述电阻R6的一端与运算放大器U2的输出端连接，电阻R6的另一端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极连接+3.3V直流电压，电容C1与二极管D2并联，二极管D2的正极接地，二极管D2的负极与二极管D1的正极连接并连接到电流采样电路2的输出端，电流采样电路2中的前端电阻将直流电流信号转化为直流电压信号，两个运算给放大器分别做电压跟随器，与采样电阻构成的采样电路相匹配，两个二极管组成钳位电路，加装滤波电容，保证输入微控制器A\/D采样端的输入电压信号保持在0～3.3V以内，防止微控制器烧毁，所述电流采样电路2实现对一定范围内的直流输出信号的循环采集，采集到连续小电流信号时，输出触发信号，采集到连续大电流信号时，不输出触发信号。

本实施例中，所述微控制器3选用STM32F407微控制器3，STM32F407微控制器3是实现自动断电功能的主控芯片，所述STM32F407微控制器3的A\/D转换接口接收电流采样电路2输出的触发信号，实现模拟量(触发信号)到数字量(开关信号)的转换，STM32F407微控制器3的内部定时\/计数器实现延时，经一段延时后，STM32F407微控制器3的I\/O口输出开关信号(高电平)至晶闸管控制电路4，所述STM32F407微控制器3的I\/O口输出开关信号前的延时时长可根据不同类型电池设置，可通过对微控制器3的编程实现。

如图3所示，所述晶闸管控制电路4包括反相器A、光电耦合器B、双向晶闸管VT、电阻R7、电阻R8、电阻R9和电容C2，晶闸管控制电路4的输出端包括第一输出端和第二输出端，所述反相器A的输入端与晶闸管控制电路的输入端连接，反相器A的输出端与光电耦合器B中的发光二极管D3的正极连接，发光二极管D3的负极接地，电阻R7的一端与光电耦合器B中光敏三极管V的集电极连接，电阻R7的另一端与第一输出端连接，电阻R8的一端与光电耦合器B中光敏三极管V的发射极连接，电阻R8的另一端与第二输出端连接，双向晶闸管VT的第一主电极与第一输出端连接，双向晶闸管VT的第二主电极与第二输出端连接，双向晶闸管VT的控制极与光电耦合器B中光敏三极管V的发射极连接，电阻R9的一端与双向晶闸管VT的第一主电极连接，电阻R9的另一端通过电容C2与双向晶闸管VT的第二主电极连接，所述第一输出端和第二输出端与充电电路连接，晶闸管控制电路4中的反相器对微控制器I\/O口输出的开关信号做取反运算，光电耦合器的导通受取反后的开关信号控制，双向晶闸管由光电耦合器内的电极电压触发从而作为充电电路1的开关使用，电容充放电起延时保护作用，所述晶闸管控制电路4实现切断充电电路1的功能，晶闸管控制电路4接收到微控制器3I\/O口输出的高电平开关信号，则切断220V交流输入，使之不参与充电电路内的电能转换，实现充电电路1的自动断开。

本实用新型提供的一种实现自动断电的电动车充电器的工作过程为：正常充电时，220V交流输入经充电电路1输出直流至电动车电池，在充电电路1直流输出端引出一路至电流采样电路2，感应一定范围内的电流信号，电流采样电路2采集到连续大电流信号时不输出触发信号，采集到连续小电流信号时输出触发信号，充电一定时长后，电池达到规定充电值，开始进行涓流充电(连续小电流充电)，电流采样电路2接收到连续小电流信号，输出触发信号至微控制器3的A\/D转换接口，模拟量(触发信号)转换为数字量(开关信号)，微控制器3内部定时\/计数器实现延时，经一段延时后，I\/O口输出开关信号(高电平)至晶闸管控制电路4，晶闸管控制电路4切断充电电路1，实现自动断电。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

设计图

一种自动断电的电动车充电器论文和设计

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