本发明涉及充电桩领域，具体是一种减少维护的充电桩保护控制电路及方法。
背景技术：
1、目前电动自行车，电动摩托车，电动三轮车等低速电动车已经广泛普及，极大地方便了人们的生产生活。低速电动车具有电池容量有限，行驶里程短，充电频次高等特点，随之而来的是低速电动车充电难问题，为解决这一问题多端口低速电动车交流充电桩得到迅速推广和广泛应用。
2、但由于充电桩使用场景复杂多变，其必须具备可靠的故障诊断与自保护功能。且为降低运营及维护成本，充电桩发生单个或多个充电端口发生故障后能够自行保护而不影响其他端口正常充电。这就要求，故障端口的故障检测必须准确、故障保护动作必须快速，且应快于故障端口的保险丝、充电桩入口处空气开关及漏电保护器。这样既可以降低更换保险丝造成的维护成本，又可以在充电桩入口处保护单元动作前及时进行故障端口自保护，不影响其他正常端口充电作业。从而有效形成，单端口过流、短路、漏电等保护，总输入端口过流、过载、短路、漏电等保护的二级保护机制，以保障设备稳定运行。
3、目前多端口低速电动车充电桩多使用继电器进行充电控制，采用计量芯片测量电压、电流等业务数据，和微控制器（mcu）通过通信或中断的方式进行交互；而继电器动作一般至少需要5ms以上，mcu运算检测执行保护延时参差不一，这导致mcu检测故障到执行保护动作延时较长，对于短路、漏电等严重故障，故障端口保护不及时，导致该充电桩入口处空气开关或漏电保护器动作，使其所有端口均不能工作；或导致端口保险丝烧毁，使本端口不能自恢复，依赖人力维护更换保险丝。
4、而专利《一种基于双向可控硅的电动车充电桩控制电路》（授权公告号cn219164272u）提出的可控硅控制电路，在发生短路时依然依赖mcu介入进行保护控制，且不能实现单端口的漏电保护，具有其局限性；此外可控硅过载能力极差，发生短路时不能完全保证在可控硅炸管或失效之前实现有效保护。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是提供一种减少维护的充电桩控制保护电路及方法，由纯硬件实现漏电、过流、短路故障保护，动作快速，可在保险丝烧毁、空气开关、漏电保护器跳闸之前实现有效保护。
2、为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种减少维护的充电桩控制保护电路，包括mcu、可控硅驱动控制电路、电流检测电路、漏电流检测电路和比较输出电路，比较输出电路包括比较器u1.1、比较器u1.2和与门u2，电流检测电路用于检测火线上的电流，比较器u1.2的反相输入端和同相输入端分别连接电流检测电路的输出端和偏置电压1，漏电流检测电路用于检测火线和零线上的漏电流，比较器u1.1的反相输入端和同相输入端分别连接漏电流检测电路的输出端和偏置电压2，比较器u1.1、比较器u1.2的输出端均连接至与门u2的输入端a和mcu的引脚pin1，与门u2的输入端b连接mcu的输出端pin2，与门u2的输出端y经可控硅驱动控制电路连接双向可控硅q1，双向可控硅q1连接在火线进线l上。
3、进一步的，可控硅驱动控制电路包括三极管q2和光耦u3，三极管q2的基极通过电阻r5连接与门u2的输出端y，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极连接至光耦u3的引脚2，光耦u3的引脚1连接+5v，光耦u3的引脚6经电阻r2、保险丝f1连接火线进线l，光耦u3的引脚4连接双向可控硅q1的控制极，双向可控硅q1的主电极1连接电流检测电路的采样电阻，双向可控硅q1的主电极2经过保险丝f1连接火线进线l。
4、进一步的，电流检测电路与比较器u1.2之间设有放大器u4.1，放大器u4.1的输入端连接电流检测电路的输出端，放大器u4.1的输出端连接至比较器u1.2的反相输入端。
5、进一步的，电流检测电路包括采样电阻r7和双向tvs管u7，采样电阻r7和双向tvs管u7组成并联回路，并联回路的一端分别与双向可控硅q1的主电极1、放大器u4.1的反相输入端相连，并联回路的另一端与放大器u4.1的同相输入端相连。
6、进一步的，漏电流检测电路包括漏电流互感器l2、采样电阻r15和双向tvs管u5，火线进线l、零线进线n分别通过漏电流互感器l2的一次侧过孔到达火线出线端子l1、零线出线端子n1，采样电阻r15和双向tvs组成并联回路跨接在漏电流互感器l2的二次侧两端，漏电流互感器l2的二次侧进线端、出线端分别连接至比较器u1.1的反相输入端和同相输入端。
7、进一步的，偏置电压1和/或偏置电压2为可调偏置电压，可调偏置电压通过滑动变阻器实现。
8、进一步的，滑动变阻器一端通过分压电阻连接3.3v电源，另一端接地，比较器u1.1和/或比较器u1.2的同相输入端连接变动变阻器和分压电阻的中间节点以及滑动变阻器的滑动触点。
9、进一步的，放大器u4.1的同相输入端连接1.65v偏置电压。
10、本发明还公开一种减少维护的充电桩控制保护方法，本方法基上述电路实现，采用电流检测电路实时进行瞬时负载电流采样，漏电流检测电路实时进行漏电流采样，二者采样值经比较输出电路与预设偏置电压进行比较，若大于预设偏置电压则输出相应信号通知mcu，同时控制可控硅驱动控制电路迅速断开双向可控硅q1，实现自保护；此外，mcu通过中断方式检测到比较输出电路动作信号并及时发送保护信号，保护信号与比较输出电路动作信号共同控制可控硅驱动控制电路，确保保护动作锁存。
11、进一步的，当未发生漏电流、过流、短路故障时，电流检测电路、漏电流检测电路未检测到过流、短路和漏电流，比较器u1.1、u1.2输出高电平，此时与门u2的输入端b收到高电平， mcu引脚pin1未检测到下降沿中断，当mcu接收到充电指令时，通过引脚pin2输出高电平，与门u2的输入端a收到高电平，即与门u2的两个输入端都是高电平，与门u2的输出端输出高电平至可控硅驱动控制电路，可控硅驱动控制电路控制双向可控硅q1导通，火线进线至出线端导通，开始充电；
12、当发生漏电流故障时，漏电流检测电路检测到漏电流，比较器u1.1输出低电平形成下降沿，此时与门u2的输入端b为低电平，与门u2输出低电平至可控硅驱动控制电路，可控硅驱动控制电路控制双向可控硅q1断开，火线进线至出线端断开；同时mcu引脚pin1检测到下降沿中断，判断发生了故障，控制输出端pin2输出低电平至与门u2的输入端a，与门u2依然输出低电平，双向可控硅q1保持断开状态；
13、当发生过流、短路故障时，电流检测电路检测到过流，比较器u1.2输出低电平形成下降沿，此时与门u2的输入端b为低电平，与门u2输出低电平至可控硅驱动控制电路，可控硅驱动控制电路控制双向可控硅q1断开，火线进线至出线端断开；同时mcu引脚pin1检测到下降沿中断，判断发生了故障，控制输出端pin2输出低电平至与门u2的输入端a，与门u2依然输出低电平，双向可控硅q1保持断开状态；
14、同时发生漏电流、过流、短路故障时，比较器u1.1、u1.2均输出低电平，形成下降沿，与门u2输出低电平至可控硅驱动控制电路，可控硅驱动控制电路控制双向可控硅q1断开，火线进线至出线端断开；同时mcu引脚pin1检测到下降沿中断，判断发生了故障，控制输出端pin2输出低电平至与门u2的输入端a，与门u2依然输出低电平，双向可控硅q1保持断开状态。
15、当发生上述故障的故障条件消除后，比较器u1.1输出高电平，比较器u1.2输出高电平；mcu引脚pin1检测到上升沿，判断故障消除，当接收到云平台发送的充电指令时，通过pin2输出高电平；与门u2的输入端a和输入端b均为高电平，则与门u2输出高电平，最终控制双向可控硅q1导通，进行正常充电工作，实现故障后自恢复。
16、本发明的有益效果：本发明采用比较器u1.1、u1.2以及与门u2构成比较输出电路，可在出现故障时及时动作，由纯硬件实现漏电、过流、短路故障保护，其动作极其快速，可在保险丝烧毁、空气开关、漏电保护器跳闸之前实现有效保护，省略了继电器的动作时间以及mcu的运算时间。比较器u1.2引脚5所接基准偏置电源可对应设置在正常最大工作电流峰值的1.5倍处，同时实现过流和短路保护，可在瞬时电流过流瞬间实现有效保护，避免了短路时由于能量巨大导致的可控硅过载失效；同时故障端口保护动作后，不影响其他端口的正常使用；实现保护及控制电路重复使用，无需维护。本发明应用于低速电动车交流充电桩，可实现快速的故障诊断与自保护以及自恢复功能，防止保险丝烧毁及充电桩空气开关及漏电保护器跳闸，保障了其余端口正常使用，降低了运营维护成本。
1.一种减少维护的充电桩控制保护电路，其特征在于：包括mcu、可控硅驱动控制电路、电流检测电路、漏电流检测电路和比较输出电路，比较输出电路包括比较器u1.1、比较器u1.2和与门u2，电流检测电路用于检测火线上的电流，比较器u1.2的反相输入端和同相输入端分别连接电流检测电路的输出端和偏置电压1，漏电流检测电路用于检测火线和零线上的漏电流，比较器u1.1的反相输入端和同相输入端分别连接漏电流检测电路的输出端和偏置电压2，比较器u1.1、比较器u1.2的输出端均连接至与门u2的输入端a和mcu的引脚pin1，与门u2的输入端b连接mcu的输出端pin2，与门u2的输出端y经可控硅驱动控制电路连接双向可控硅q1，双向可控硅q1连接在火线进线l上。
2.根据权利要求1所述的减少维护的充电桩控制保护电路，其特征在于：可控硅驱动控制电路包括三极管q2和光耦u3，三极管q2的基极通过电阻r5连接与门u2的输出端y，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极连接至光耦u3的引脚2，光耦u3的引脚1连接+5v，光耦u3的引脚6经电阻r2、保险丝f1连接火线进线l，光耦u3的引脚4连接双向可控硅q1的控制极，双向可控硅q1的主电极1连接电流检测电路的采样电阻，双向可控硅q1的主电极2经过保险丝f1连接火线进线l。
3.根据权利要求1所述的减少维护的充电桩控制保护电路，其特征在于：电流检测电路与比较器u1.2之间设有放大器u4.1，放大器u4.1的输入端连接电流检测电路的输出端，放大器u4.1的输出端连接至比较器u1.2的反相输入端。
4.根据权利要求3所述的减少维护的充电桩控制保护电路，其特征在于：电流检测电路包括采样电阻r7和双向tvs管u7，采样电阻r7和双向tvs管u7组成并联回路，并联回路的一端分别与双向可控硅q1的主电极1、放大器u4.1的反相输入端相连，并联回路的另一端与放大器u4.1的同相输入端相连。
5.根据权利要求1所述的减少维护的充电桩控制保护电路，其特征在于：漏电流检测电路包括漏电流互感器l2、采样电阻r15和双向tvs管u5，火线进线l、零线进线n分别通过漏电流互感器l2的一次侧过孔到达火线出线端子l1、零线出线端子n1，采样电阻r15和双向tvs组成并联回路跨接在漏电流互感器l2的二次侧两端，漏电流互感器l2的二次侧进线端、出线端分别连接至比较器u1.1的反相输入端和同相输入端。
6.根据权利要求1所述的减少维护的充电桩控制保护电路，其特征在于：偏置电压1和/或偏置电压2为可调偏置电压，可调偏置电压通过滑动变阻器实现。
7.根据权利要求6所述的减少维护的充电桩控制保护电路，其特征在于：滑动变阻器一端通过分压电阻连接3.3v电源，另一端接地，比较器u1.1和/或比较器u1.2的同相输入端连接变动变阻器和分压电阻的中间节点以及滑动变阻器的滑动触点。
8.根据权利要求3所述的减少维护的充电桩控制保护电路，其特征在于：放大器u4.1的同相输入端连接1.65v偏置电压。
9.一种减少维护的充电桩控制保护方法，其特征在于：本方法基于权利要求1-8任一项所述电路实现，采用电流检测电路实时进行瞬时负载电流采样，漏电流检测电路实时进行漏电流采样，二者采样值经比较输出电路与预设偏置电压进行比较，若大于预设偏置电压则输出相应信号通知mcu，同时控制可控硅驱动控制电路迅速断开双向可控硅q1，实现自保护；此外，mcu通过中断方式检测到比较输出电路动作信号并及时发送保护信号，保护信号与比较输出电路动作信号共同控制可控硅驱动控制电路，确保保护动作锁存。
10.根据权利要求9所述的减少维护的充电桩控制保护方法，其特征在于：当未发生漏电流、过流、短路故障时，电流检测电路、漏电流检测电路未检测到电流和漏电流，比较器u1.1、u1.2输出高电平，此时与门u2的输入端b收到高电平， mcu引脚pin1未检测到下降沿中断，当mcu接收到充电指令时，通过引脚pin2输出高电平，与门u2的输入端a收到高电平，即与门u2的两个输入端都是高电平，与门u2的输出端输出高电平至可控硅驱动控制电路，可控硅驱动控制电路控制双向可控硅q1导通，火线进线至出线端导通，开始充电；
