Princípy a údržba nabíjačiek elektrických vozidiel

Bežné nabíjačky pre elektrické vozidlá možno vo všeobecnosti rozdeliť do dvoch typov na základe štruktúry obvodu. Prvý typ využíva jednotranzistorový spínaný zdroj poháňaný UC3842 na ovládanie tranzistora s efektom poľa, pričom využíva duálny operačný zosilňovač LM358 na implementáciu trojstupňového spôsobu nabíjania. Napájanie 220 V AC je filtrované a rušenie potlačené cez obojsmerný filter T0, usmernený pomocou D1 na pulzujúci jednosmerný prúd, potom filtrovaný cez C11, aby sa vytvoril stabilný jednosmerný výstup približne 300 V. U1 je integrovaný obvod s pulznou šírkovou moduláciou TL3842. Pin 5 slúži ako záporná svorka napájacieho zdroja, kolík 7 ako kladná svorka a kolík 6 vydáva impulzy priamo budiace tranzistor Q1 s efektom poľa (K1358). Pin 3 ovláda obmedzenie maximálneho prúdu; nastavením odporu R25 (2,5 ohmu) sa upraví maximálny prúd nabíjačky. Pin 2 poskytuje napäťovú spätnú väzbu, čo umožňuje nastavenie výstupného napätia nabíjačky. Pin 4 sa pripája k externému oscilačnému odporu R1 a oscilačnému kondenzátoru C1. T1 je vysokofrekvenčný impulzný transformátor, ktorý slúži trom funkciám: po prvé, znižuje vysokonapäťové impulzy na nízkonapäťové impulzy; po druhé, izoluje vysoké napätie, aby sa zabránilo úrazu elektrickým prúdom; Po tretie, dodáva prevádzkovú energiu UC3842. D4 je vysokofrekvenčná usmerňovacia dióda (16A 60V), C10 je nízkonapäťový filtračný kondenzátor, D5 je 12V zenerova dióda a U3 (TL431) je presný zdroj referenčného napätia. Spolu s U2 (optočlen 4N35) umožňuje automatickú reguláciu výstupného napätia nabíjačky. Nastavenie W2 (trimovací odpor) umožňuje jemné doladenie napätia nabíjačky. D10 je LED indikátor napájania. D6 je LED indikátor nabíjania. R27 je rezistor snímania prúdu (0,1Ω, 5W). Zmenou hodnoty odporu W1 sa nastavuje prechodový prah prechodového nabíjacieho prúdu nabíjačky (200–300 mA).

Po zapnutí je na C11 prítomných približne 300 V. Jedna vetva tohto napätia je privedená na Q1 cez T1. Druhá vetva dosiahne kolík 7 U1 cez R5, C8 a C3, čím sa U1 aktivuje. Pin 6 U1 vydáva impulzy so štvorcovými vlnami, čím sa aktivuje Q1. Prúd tečie cez R25 do zeme. Súčasne sekundárne vinutie T1 generuje indukované napätie, ktoré cez D3 a R12 poskytuje spoľahlivé napájanie U1. Napätie z primárneho vinutia T1 je usmernené a filtrované cez D4 a C10, aby sa vytvorilo stabilné napätie. Jedna vetva tohto napätia cez D7 (ktorá zabraňuje spätnému toku prúdu z batérie späť do nabíjačky) nabíja batériu. Druhá vetva dodáva 12 V do LM358 (duálny operačný zosilňovač, kolík 1 je uzemnenie napájania, kolík 8 je napájací kladný) a jeho periférne obvody cez R14, D5 a C9. D9 poskytuje referenčné napätie pre LM358, ktoré je vydelené R26 a R4, aby sa dostali na kolíky 2 a 5 LM358. Počas normálneho nabíjania sa na hornej svorke R27 objaví napätie približne 0,15–0,18 V. Toto napätie sa privádza na kolík 3 LM358 cez R17, čo spôsobuje výstup vysokého napätia z kolíka 1. Jedna vetva tohto napätia prechádza cez R18, čím núti Q2 viesť a rozsvietiť D6 (červená LED). zatiaľ čo iná vetva vstrekuje do kolíkov 6 a 7 LM358 a vydáva nízke napätie, ktoré núti Q3 vypnúť. D10 (zelená LED) zhasne a nabíjačka prejde do fázy nabíjania konštantným prúdom. Keď napätie batérie stúpne na približne 44,2 V, nabíjačka prejde do fázy nabíjania konštantným napätím, pričom udržiava výstupné napätie okolo 44,2 V, pričom nabíjací prúd postupne klesá. Keď sa nabíjací prúd zníži na 200 mA – 300 mA, napätie na R27 sa zníži. Napätie na kolíku 3 LM358 klesne pod napätie na kolíku 2, čo spôsobí, že kolík 1 vydá nízke napätie. Q2 sa vypne a D6 zhasne. Súčasne kolík 7 vydáva vysoké napätie. Toto napätie aktivuje Q3 cez jednu cestu, čo spôsobí rozsvietenie D10. Ďalšia cesta prechádza cez D8 a W1 do obvodu spätnej väzby, čo spôsobuje zníženie napätia. Nabíjačka potom prejde do fázy udržiavacieho nabíjania. Nabíjanie sa ukončí po 1–2 hodinách.

Bežné poruchy v nabíjačkách spadajú do troch hlavných kategórií: 1: Poruchy vysokého napätia 2: Poruchy nízkeho napätia 3: Poruchy ovplyvňujúce vysoké aj nízke napätie. Primárnym príznakom vysokonapäťovej poruchy je zlyhávanie rozsvietenia kontrolky. Medzi charakteristické indikátory patria: - Prepálená poistka - Porucha usmerňovacej diódy D1 - Vydutie alebo prasknutie kondenzátora C11 - Porucha tranzistora Q1 - Prerušený obvod v rezistore R25 Skrat medzi pinom 7 U1 a zemou. Otvorený obvod v R5, čo má za následok žiadne štartovacie napätie pre U1. Výmena týchto komponentov by mala problém vyriešiť. Ak kolík 7 U1 ukazuje viac ako 11V a kolík 8 ukazuje 5V, U1 je v podstate funkčný. Testovanie zaostrenia by malo byť zamerané na kontrolu studených spájkovaných spojov na kolíkoch Q1 a T1. Ak sa Q1 opakovane pokazí bez prehriatia, zvyčajne to znamená poruchu D2 alebo C4. Ak sa Q1 počas prehrievania pokazí, vo všeobecnosti to znamená únik alebo skrat v nízkonapäťovej sekcii, nadmerný prúd alebo abnormálny priebeh impulzu na kolíku 6 UC3842. To spôsobuje výrazne zvýšené spínacie straty a tvorbu tepla v Q1, čo vedie k jeho prehrievaniu a vyhoreniu. Medzi ďalšie prejavy vysokonapäťových porúch patrí blikanie kontrolky, nízke a nestabilné výstupné napätie. Tieto sú zvyčajne spôsobené zlým spájkovaním na kolíkoch T1, otvorenými obvodmi v D3 alebo R12 alebo nedostatočným prevádzkovým výkonom pre TL3842 a jeho periférne obvody. Zriedkavá porucha vysokého napätia sa prejavuje nadmerne vysokým výstupným napätím presahujúcim 120V. Toto je zvyčajne spôsobené poruchou U2, otvoreným obvodom v R13 alebo poruchou U3, čo znižuje napätie na kolíku 2 U1 a spôsobuje, že kolík 6 vydáva nadmerne široké impulzy. Za týchto podmienok je potrebné vyhnúť sa dlhšej prevádzke, pretože to vážne poškodí nízkonapäťové obvody.

Väčšina porúch nízkeho napätia pochádza z prepólovania medzi nabíjačkou a svorkami batérie, čo spôsobuje vyhorenie R27 a poruchu LM358. Medzi príznaky patrí nepretržite svietiaci červený indikátor, nesvietiaci zelený indikátor, nízke výstupné napätie alebo výstupné napätie blížiace sa k 0V. Výmena vyššie uvedených komponentov problém vyrieši. Okrem toho sa môže vyskytnúť kolísanie výstupného napätia v dôsledku oscilácie W2. Ak je výstupné napätie príliš vysoké, batéria sa môže prebiť, čo môže viesť k vážnej dehydratácii, prehriatiu a v konečnom dôsledku tepelnému úniku, ktorý spôsobí výbuch. Naopak, príliš nízke výstupné napätie bude mať za následok podbitie.

Keď sa vyskytnú poruchy vo vysokonapäťových aj nízkonapäťových obvodoch, vykonajte komplexnú kontrolu všetkých diód, tranzistorov, optočlenov (4N35), tranzistorov s efektom poľa, elektrolytických kondenzátorov, integrovaných obvodov a rezistorov R25, R5, R12, R27 – najmä D4 (16A 60V rýchla obnova diódy (603V) a C10 Vyhnite sa slepému napájaniu, ktoré môže ďalej rozšíriť rozsah porúch. Niektoré nabíjačky obsahujú ochranu proti prepólovaniu a skratu na výstupnom stupni. Toto v podstate pridáva relé do výstupného obvodu; počas prepólovania alebo skratu relé zlyhá, čo bráni výstupu napätia z nabíjačky.

Ostatné nabíjačky majú tiež ochranu proti prepólovaniu a skratu, aj keď ich princíp sa líši od vyššie uvedeného dizajnu. Ich nízkonapäťový obvod čerpá štartovacie napätie z nabíjanej batérie a obsahuje diódu (ochrana proti prepólovaniu). Akonáhle je zdroj napájania správne aktivovaný, nabíjačka potom dodáva prevádzkovú energiu nízkeho napätia. Riadiaci čip v takýchto nabíjačkách je zvyčajne založený na TL494, ktorý poháňa dva vysokonapäťové tranzistory 13007. V kombinácii s LM324 (štyri operačné zosilňovače) sa tak dosiahne trojstupňové nabíjanie.

220 V AC je usmernené cez D1-D4 a filtrované cez C5, čím sa získa približne 300 V DC. Toto napätie nabíja C4 a vytvára štartovací prúd cez vysokonapäťové vinutie TF1, primárne vinutie TF2 a V2. Spätnoväzbové vinutie TF2 generuje indukované napätie, ktoré spôsobuje striedavé vedenie V1 a V2. V dôsledku toho sa v nízkonapäťovom napájacom vinutí TF1 vytvára napätie. Toto napätie je usmernené cez D9 a D10, filtrované cez C8 a dodáva energiu komponentom ako TL494, LM324, V3 a V4. V tomto štádiu zostáva výstupné napätie relatívne nízke. Po aktivácii TL494 striedavo vydáva impulzy z kolíkov 8 a 11, čím poháňa V3 a V4. Tieto impulzy cez spätnoväzbové vinutie TF2 vybudia V1 a V2. Tým sa prechádzajú V1 a V2 zo samooscilačnej na riadenú prevádzku. Výstupné napätie vinutia TF2 stúpa. Toto napätie sa privádza späť na kolík 1 TL494 (napäťová spätná väzba) prostredníctvom rozdelenia napätia cez R29, R26 a R27, čím sa stabilizuje výstupné napätie na 41,2 V. R30 slúži ako rezistor snímania prúdu, ktorý generuje pokles napätia počas nabíjania. Toto napätie sa privádza späť cez R11 a R12 na kolík 15 TL494 (prúdová spätná väzba), pričom nabíjací prúd sa udržiava na približne 1,8 A. Okrem toho nabíjací prúd vytvára pokles napätia na D20, ktorý je vedený cez R42 na kolík 3 LM324. To spôsobí, že kolík 2 vydá vysoké napätie, čím sa rozsvieti indikátor nabíjania, zatiaľ čo kolík 7 vydá nízke napätie, čím zhasne indikátor nabíjania. Nabíjačka vstúpi do fázy nabíjania konštantným prúdom. Okrem toho nízke napätie na kolíku 7 znižuje anódové napätie D19. Tým sa zníži napätie na kolíku 1 TL494, čo spôsobí, že maximálne výstupné napätie nabíjačky dosiahne 44,8 V. Keď napätie batérie stúpne na 44,8 V, začne fáza konštantného napätia.

Keď nabíjací prúd klesne na 0,3A–0,4A, napätie na kolíku 3 LM324 sa zníži. Pin 1 vydáva nízke napätie, čím zhasne indikátor nabíjania. Súčasne kolík 7 vydáva vysoké napätie, čím sa rozsvieti indikátor plavákového nabitia. Okrem toho vysoké napätie na kolíku 7 zvyšuje anódové napätie D19. Tým sa zvýši napätie na kolíku 1 TL494, čím sa výstupné napätie nabíjačky zníži na 41,2 V. Nabíjačka prejde do režimu plávajúceho nabíjania.

Príklad:

Nabíjačka. Po pripojení napájania nabíjačka nereaguje vôbec. Akumulačný kondenzátor si však zachováva náboj. Ak sa tu okamžite nevybije, môže spôsobiť prekvapivý náraz, ktorý spôsobí značné nepohodlie.

Najprv sa uistite, či je 13007 funkčný. Zmerajte stredné napätie medzi dvoma tranzistormi; ak ukazuje 150V, problém leží medzi kondenzátorom 68μF/400V a hlavným obvodom transformátora. Ak nie je 150 V, jeden z dvoch štartovacích odporov 240 K je chybný. Posledný scenár je bežnejší. Pre obvody 3842 sa štartovací odpor zvyčajne stáva nekonečnou impedanciou; mali by sa skontrolovať aj dva 2,2 ohmové odpory.