Principii și întreținere a încărcătoarelor pentru vehicule electrice

Încărcătoarele obișnuite pentru vehicule electrice pot fi clasificate în două tipuri în funcție de structura circuitului. Primul tip folosește o sursă de alimentare comutată cu un singur tranzistor condusă de UC3842 pentru a controla un tranzistor cu efect de câmp, utilizând un amplificator operațional dublu LM358 pentru a implementa o metodă de încărcare în trei etape. Puterea de 220 V AC este filtrată și interferențele suprimate prin filtrul bidirecțional T0, rectificate de D1 în DC pulsatorie, apoi filtrate prin C11 pentru a produce o ieșire de curent continuu stabilă de aproximativ 300 V. U1 este un circuit integrat cu modulație de lățime a impulsului TL3842. Pinul 5 servește ca terminal negativ al sursei de alimentare, pinul 7 ca terminal pozitiv și pinul 6 emite impulsuri care conduc direct tranzistorul cu efect de câmp Q1 (K1358). Pinul 3 controlează limitarea maximă a curentului; reglarea rezistenței lui R25 (2,5 ohmi) modifică curentul maxim al încărcătorului. Pinul 2 oferă feedback de tensiune, permițând reglarea tensiunii de ieșire a încărcătorului. Pinul 4 se conectează la rezistența de oscilație externă R1 și la condensatorul de oscilație C1. T1 este transformatorul de impulsuri de înaltă frecvență, care servește trei funcții: în primul rând, reduce impulsurile de înaltă tensiune la impulsuri de joasă tensiune; în al doilea rând, izolează tensiunea înaltă pentru a preveni șocurile electrice; În al treilea rând, furnizează putere de operare UC3842. D4 este dioda redresoare de înaltă frecvență (16A 60V), C10 este condensatorul de filtru de joasă tensiune, D5 este dioda zener de 12V și U3 (TL431) este sursa de tensiune de referință de precizie. Împreună cu U2 (optocupler 4N35), permite reglarea automată a tensiunii de ieșire a încărcătorului. Reglarea W2 (rezistor de reglare) permite reglarea fină a tensiunii încărcătorului. D10 este LED-ul indicator de putere. D6 este LED-ul indicator de încărcare. R27 este rezistența de detectare a curentului (0,1Ω, 5W). Modificarea valorii de rezistență a lui W1 ajustează curentul pragului de tranziție a încărcării flotante (200–300mA).

La pornire, aproximativ 300 V este prezent pe C11. O ramură a acestei tensiuni este aplicată la Q1 prin T1. A doua ramură ajunge la pinul 7 al U1 prin R5, C8 și C3, forțând U1 să se activeze. Pinul 6 al U1 emite impulsuri cu undă pătrată, activând Q1. Curentul circulă prin R25 către masă. Simultan, înfășurarea secundară a lui T1 generează o tensiune indusă, care, prin D3 și R12, asigură o alimentare fiabilă pentru U1. Tensiunea de la înfășurarea primară a lui T1 este rectificată și filtrată prin D4 și C10 pentru a produce o tensiune stabilă. O ramură a acestei tensiuni, prin D7 (care împiedică curgerea inversă a curentului de la baterie înapoi la încărcător), încarcă bateria. A doua ramură furnizează 12V la LM358 (amplificatorul operațional dublu, pinul 1 fiind împământare, pinul 8 fiind pozitiv pentru putere) și circuitele sale periferice prin R14, D5 și C9. D9 furnizează tensiunea de referință pentru LM358, care este împărțită la R26 și R4 pentru a ajunge la pinii 2 și 5 ai LM358. În timpul încărcării normale, la borna superioară a lui R27 apare o tensiune de aproximativ 0,15–0,18 V. Această tensiune este aplicată pinului 3 al LM358 prin R17, determinând o tensiune ridicată să fie scoasă de la pinul 1. O ramură a acestei tensiuni trece prin R18, forțând Q2 să conducă și să ilumineze D6 (LED roșu). în timp ce o altă ramură injectează în pinii 6 și 7 ai LM358, producând o tensiune scăzută care forțează Q3 să se oprească. D10 (LED verde) se stinge, iar încărcătorul intră în faza de încărcare cu curent constant. Când tensiunea bateriei crește la aproximativ 44,2 V, încărcătorul trece la faza de încărcare cu tensiune constantă, menținând o tensiune de ieșire în jur de 44,2 V în timp ce curentul de încărcare scade treptat. Când curentul de încărcare scade la 200mA–300mA, tensiunea pe R27 scade. Tensiunea de la pinul 3 al LM358 scade sub cea de la pinul 2, determinând pinul 1 să iasă o tensiune scăzută. Q2 se oprește și D6 se stinge. Simultan, pinul 7 emite o tensiune înaltă. Această tensiune activează Q3 printr-o singură cale, determinând iluminarea D10. O altă cale se deplasează prin D8 și W1 către circuitul de feedback, determinând scăderea tensiunii. Încărcătorul intră apoi în faza de încărcare continuă. Încărcarea se încheie după 1-2 ore.

Defecțiunile comune ale încărcătoarelor se împart în trei categorii principale: 1: Defecțiuni de înaltă tensiune 2: Defecțiuni de joasă tensiune 3: Defecțiuni care afectează atât tensiunile înalte, cât și cele joase. Simptomul principal al unei defecțiuni de înaltă tensiune este că indicatorul luminos nu se aprinde. Indicatorii caracteristici includ: - Siguranță arsă - Defecțiunea diodei redresoare D1 - Bombarea sau spargerea condensatorului C11 - Defecțiunea tranzistorului Q1 - Circuit întrerupt în rezistorul R25 Scurtcircuit între pinul 7 al U1 și masă. Circuit deschis în R5, rezultând nicio tensiune de pornire pentru U1. Înlocuirea acestor componente ar trebui să rezolve problema. Dacă pinul 7 al U1 arată peste 11 V și pinul 8 arată 5 V, U1 este în esență funcțional. Testarea focalizării ar trebui să fie îndreptată spre verificarea îmbinărilor de lipire la rece pe pinii Q1 și T1. Dacă Q1 se defectează în mod repetat fără supraîncălzire, aceasta indică de obicei defecțiunea D2 sau C4. Dacă Q1 se defectează în timpul supraîncălzirii, aceasta înseamnă, în general, scurgere sau scurtcircuit în secțiunea de joasă tensiune, curent excesiv sau formă de undă anormală a pulsului la pinul 6 al UC3842. Acest lucru determină pierderi semnificativ crescute prin comutare și generare de căldură în Q1, ceea ce duce la supraîncălzirea și arderea acestuia. Alte manifestări ale defecțiunilor de înaltă tensiune includ pâlpâirea luminii indicatoare, tensiunea de ieșire scăzută și instabilă. Acestea sunt de obicei cauzate de lipirea slabă la pinii lui T1, circuitele deschise în D3 sau R12 sau lipsa puterii de operare a TL3842 și a circuitelor sale periferice. O defecțiune rară de înaltă tensiune se manifestă ca o tensiune de ieșire excesiv de mare care depășește 120 V. Acest lucru este cauzat de obicei de defecțiunea U2, un circuit deschis în R13 sau defectarea U3, care trage în jos tensiunea la pinul 2 al U1 și determină pinul 6 să emită impulsuri excesiv de largi. Trebuie evitată funcționarea prelungită în aceste condiții, deoarece va deteriora grav circuitele de joasă tensiune.

Majoritatea defecțiunilor de joasă tensiune provin din conexiunea inversă a polarității dintre încărcător și bornele bateriei, provocând arderea R27 și defectarea LM358. Simptomele includ un indicator roșu aprins continuu, un indicator verde neaprins, tensiune de ieșire scăzută sau tensiune de ieșire care se apropie de 0 V. Înlocuirea componentelor menționate mai sus va rezolva problema. În plus, poate apărea o deviere a tensiunii de ieșire din cauza oscilației W2. Dacă tensiunea de ieșire este excesiv de mare, bateria se poate supraîncărca, ceea ce duce la deshidratare severă, supraîncălzire și, în cele din urmă, evadare termică care provoacă o explozie. În schimb, o tensiune de ieșire excesiv de scăzută va duce la o încărcare insuficientă.

Când apar defecțiuni atât în circuitele de înaltă, cât și în cele de joasă tensiune, efectuați o inspecție completă a tuturor diodelor, tranzistorilor, optocuplelor (4N35), tranzistorilor cu efect de câmp, condensatorilor electrolitici, circuitelor integrate și rezistențelor R25, R5, R12, R27 - în special D4 (16A 60V de recuperare rapidă (16A 60V) și C10o (de recuperare rapidă) 470μF) - înainte de pornire. Evitați aplicarea orbește a puterii, ceea ce poate extinde și mai mult domeniul defectelor. Unele încărcătoare încorporează polaritate inversă și protecție la scurtcircuit la etapa de ieșire. Acest lucru adaugă în esență un releu la circuitul de ieșire; în condiții de polaritate inversă sau de scurtcircuit, releul nu funcționează, împiedicând ieșirea de tensiune de la încărcător.

Alte încărcătoare au, de asemenea, polaritate inversă și protecție la scurtcircuit, deși principiul lor diferă de designul menționat mai sus. Circuitul lor de joasă tensiune își extrage tensiunea de pornire din bateria care este încărcată și încorporează o diodă (protecție împotriva polarității inverse). Odată ce sursa de alimentare este activată corespunzător, încărcătorul furnizează puterea de funcționare de joasă tensiune. Cipul de control din astfel de încărcătoare se bazează de obicei pe TL494, conducând două tranzistoare de înaltă tensiune 13007. În combinație cu LM324 (patru amplificatoare operaționale), acest lucru realizează încărcare în trei etape.

220V AC este rectificat prin D1-D4 și filtrat de C5 pentru a produce aproximativ 300V DC. Această tensiune încarcă C4, formând curentul de pornire prin înfășurarea de înaltă tensiune a TF1, înfășurarea primară a TF2 și V2. Înfășurarea de feedback a TF2 generează o tensiune indusă, determinând V1 și V2 să conducă alternativ. În consecință, se produce o tensiune în înfășurarea de alimentare de joasă tensiune a TF1. Această tensiune este rectificată prin D9 și D10, filtrată de C8 și furnizează energie componente precum TL494, LM324, V3 și V4. În această etapă, tensiunea de ieșire rămâne relativ scăzută. La activare, TL494 emite alternativ impulsuri de la pinii 8 și 11, conducând V3 și V4. Aceste impulsuri, prin înfășurarea de feedback TF2, excită V1 și V2. Aceasta face tranziția V1 și V2 de la funcționarea auto-oscilante la cea controlată. Tensiunea înfășurării de ieșire a TF2 crește. Această tensiune este transmisă înapoi la pinul 1 al TL494 (feedback de tensiune) prin diviziunea tensiunii între R29, R26 și R27, stabilizând tensiunea de ieșire la 41,2 V. R30 servește ca rezistor de detectare a curentului, generând o cădere de tensiune în timpul încărcării. Această tensiune este transmisă înapoi prin R11 și R12 la pinul 15 al TL494 (feedback de curent), menținând curentul de încărcare la aproximativ 1,8 A. În plus, curentul de încărcare creează o cădere de tensiune pe D20, care este condusă prin R42 la pinul 3 al LM324. Acest lucru face ca pinul 2 să scoată o tensiune înaltă, luminând indicatorul de încărcare, în timp ce pinul 7 emite o tensiune joasă, stingând indicatorul de încărcare flotant. Încărcătorul intră în faza de încărcare cu curent constant. Mai mult, tensiunea joasă de la pinul 7 trage în jos tensiunea anodului D19. Acest lucru reduce tensiunea la pinul 1 al TL494, determinând ca tensiunea maximă de ieșire a încărcătorului să atingă 44,8 V. Când tensiunea bateriei crește la 44,8 V, începe faza de tensiune constantă.

Când curentul de încărcare scade la 0,3 A–0,4 A, tensiunea la pinul 3 al LM324 scade. Pinul 1 emite o tensiune joasă, stingând indicatorul de încărcare. Simultan, pinul 7 emite o tensiune înaltă, luminând indicatorul de încărcare flotant. Mai mult decât atât, tensiunea înaltă la pinul 7 crește tensiunea anodului lui D19. Aceasta crește tensiunea la pinul 1 al TL494, determinând scăderea tensiunii de ieșire a încărcătorului la 41,2 V. Încărcătorul intră în modul de încărcare flotant.

Exemplu:

Încărcător. La conectarea sursei de alimentare, încărcătorul nu arată niciun răspuns. Cu toate acestea, condensatorul de stocare păstrează încărcarea. Dacă nu este descărcat prompt aici, poate produce o zguduire uluitoare, provocând un disconfort considerabil.

Mai întâi, verificați dacă 13007 este funcțional. Măsurați tensiunea punctului mediu dintre cele două tranzistoare; dacă citește 150V, problema se află între condensatorul de 68μF/400V și circuitul transformatorului principal. Dacă nu este 150V, unul dintre cele două rezistențe de pornire de 240K este defect. Ultimul scenariu este mai frecvent. Pentru circuitele 3842, rezistența de pornire devine de obicei o impedanță infinită; ar trebui verificate și cele două rezistențe de 2,2 ohmi.