Zasady i konserwacja ładowarek do pojazdów elektrycznych

Typowe ładowarki do pojazdów elektrycznych można ogólnie podzielić na dwa typy w zależności od struktury obwodu. Pierwszy typ wykorzystuje pojedynczy tranzystorowy zasilacz impulsowy napędzany przez układ UC3842 do sterowania tranzystorem polowym, wykorzystujący podwójny wzmacniacz operacyjny LM358 do realizacji trzystopniowej metody ładowania. Zasilanie 220 V AC jest filtrowane, a zakłócenia tłumione przez dwukierunkowy filtr T0, prostowane przez D1 na pulsujący prąd stały, a następnie filtrowane przez C11 w celu wytworzenia stabilnego wyjścia DC o napięciu około 300 V. U1 to układ scalony z modulacją szerokości impulsu TL3842. Pin 5 służy jako zacisk ujemny zasilania, pin 7 jako zacisk dodatni, a pin 6 wysyła impulsy bezpośrednio sterujące tranzystorem polowym Q1 (K1358). Pin 3 steruje ograniczeniem maksymalnego prądu; regulacja rezystancji R25 (2,5 oma) modyfikuje maksymalny prąd ładowarki. Pin 2 zapewnia sprzężenie zwrotne napięcia, umożliwiając regulację napięcia wyjściowego ładowarki. Pin 4 łączy się z zewnętrznym rezystorem oscylacyjnym R1 i kondensatorem oscylacyjnym C1. T1 to transformator impulsowy wysokiej częstotliwości, spełniający trzy funkcje: po pierwsze, redukuje impulsy wysokiego napięcia do impulsów niskiego napięcia; po drugie, izoluje wysokie napięcie, aby zapobiec porażeniu prądem; Po trzecie, dostarcza moc roboczą do UC3842. D4 to dioda prostownicza wysokiej częstotliwości (16 A 60 V), C10 to kondensator filtra niskiego napięcia, D5 to dioda Zenera 12 V, a U3 (TL431) to precyzyjne źródło napięcia odniesienia. Razem z U2 (transoptor 4N35) umożliwia automatyczną regulację napięcia wyjściowego ładowarki. Regulacja W2 (rezystor dostrajający) umożliwia precyzyjne dostrojenie napięcia ładowarki. D10 to dioda LED wskazująca zasilanie. D6 to dioda LED wskazująca ładowanie. R27 to rezystor wykrywający prąd (0,1 Ω, 5 W). Zmiana wartości rezystancji W1 reguluje próg prądu przejścia ładowania pływakowego ładowarki (200–300 mA).

Po włączeniu zasilania na C11 występuje około 300 V. Jedna gałąź tego napięcia jest przykładana do Q1 poprzez T1. Druga gałąź dociera do styku 7 U1 poprzez R5, C8 i C3, zmuszając U1 do aktywacji. Pin 6 U1 wysyła impulsy prostokątne, aktywując Q1. Prąd przepływa przez R25 do masy. Jednocześnie uzwojenie wtórne T1 generuje napięcie indukowane, które poprzez D3 i R12 zapewnia niezawodne zasilanie U1. Napięcie z uzwojenia pierwotnego T1 jest prostowane i filtrowane przez D4 i C10 w celu wytworzenia stabilnego napięcia. Jedna gałąź tego napięcia, poprzez D7 (co zapobiega przepływowi prądu wstecznego z akumulatora do ładowarki), ładuje akumulator. Drugie odgałęzienie dostarcza napięcie 12 V do LM358 (podwójny wzmacniacz operacyjny, pin 1 to masa zasilania, pin 8 to dodatnie zasilanie) i jego obwody peryferyjne poprzez R14, D5 i C9. D9 zapewnia napięcie odniesienia dla LM358, które jest podzielone przez R26 i R4, aby dotrzeć do pinów 2 i 5 LM358. Podczas normalnego ładowania na górnym zacisku R27 pojawia się napięcie o wartości około 0,15–0,18 V. Napięcie to jest podawane na styk 3 układu LM358 poprzez R17, powodując wyprowadzenie wysokiego napięcia na styk 1. Jedna gałąź tego napięcia przechodzi przez R18, zmuszając Q2 do przewodzenia i świecąc diodę D6 (czerwona dioda LED). podczas gdy inna gałąź zasila piny 6 i 7 LM358, wytwarzając niskie napięcie, które zmusza Q3 do wyłączenia. Dioda D10 (zielona dioda) gaśnie, a ładowarka wchodzi w fazę ładowania prądem stałym. Gdy napięcie akumulatora wzrośnie do około 44,2 V, ładowarka przechodzi do fazy ładowania stałym napięciem, utrzymując napięcie wyjściowe na poziomie około 44,2 V, podczas gdy prąd ładowania stopniowo maleje. Gdy prąd ładowania spadnie do 200 mA–300 mA, napięcie na R27 maleje. Napięcie na pinie 3 układu LM358 spada poniżej napięcia na pinie 2, co powoduje, że pin 1 generuje na wyjściu niskie napięcie. Q2 gaśnie, a D6 gaśnie. Jednocześnie pin 7 generuje wysokie napięcie. Napięcie to aktywuje Q3 jedną ścieżką, powodując zapalenie diody D10. Inna ścieżka biegnie przez D8 i W1 do obwodu sprzężenia zwrotnego, powodując spadek napięcia. Następnie ładowarka przechodzi w fazę ładowania podtrzymującego. Ładowanie kończy się po 1–2 godzinach.

Typowe usterki ładowarek można podzielić na trzy główne kategorie: 1: Awarie wysokiego napięcia 2: Awarie niskiego napięcia 3: Awarie wpływające zarówno na wysokie, jak i niskie napięcie. Podstawowym objawem usterki wysokiego napięcia jest nieświecąca się lampka kontrolna. Charakterystycznymi objawami są: - Przepalony bezpiecznik - Przepalenie diody prostowniczej D1 - Wybrzuszenie lub pęknięcie kondensatora C11 - Przebicie tranzystora Q1 - Przerwa w rezystorze R25 Zwarcie pomiędzy pinem 7 U1 a masą. Otwarty obwód w R5, co powoduje brak napięcia rozruchowego dla U1. Wymiana tych elementów powinna rozwiązać problem. Jeśli pin 7 U1 pokazuje ponad 11 V, a pin 8 pokazuje 5 V, U1 jest zasadniczo sprawny. Testy skupienia powinny być ukierunkowane na sprawdzenie zimnych połączeń lutowniczych na stykach Q1 i T1. Jeśli Q1 wielokrotnie ulegnie uszkodzeniu bez przegrzania, zazwyczaj oznacza to awarię D2 lub C4. Jeśli Q1 ulegnie uszkodzeniu podczas przegrzania, oznacza to zazwyczaj wyciek lub zwarcie w sekcji niskiego napięcia, nadmierny prąd lub nieprawidłowy kształt fali impulsowej na pinie 6 układu UC3842. Powoduje to znacznie zwiększone straty przełączania i wydzielanie ciepła w pierwszym kwartale, co prowadzi do jego przegrzania i przepalenia. Inne objawy usterek wysokiego napięcia obejmują migotanie lampek kontrolnych, niskie i niestabilne napięcie wyjściowe. Są one zazwyczaj spowodowane złym lutowaniem na stykach T1, przerwami w obwodach D3 lub R12 lub brakiem zasilania roboczego TL3842 i jego obwodów peryferyjnych. Rzadka usterka wysokiego napięcia objawia się zbyt wysokim napięciem wyjściowym przekraczającym 120V. Jest to zwykle spowodowane awarią U2, rozwarciem obwodu w R13 lub awarią U3, co powoduje obniżenie napięcia na pinie 2 U1 i powoduje, że pin 6 generuje zbyt szerokie impulsy. Należy unikać długotrwałej pracy w takich warunkach, ponieważ może to spowodować poważne uszkodzenie obwodów niskiego napięcia.

Większość usterek niskonapięciowych wynika z odwrotnej polaryzacji połączenia pomiędzy ładowarką a zaciskami akumulatora, co powoduje spalenie czynnika R27 i uszkodzenie LM358. Objawy obejmują ciągłe świecenie czerwonego wskaźnika, nieświecący zielony wskaźnik, niskie napięcie wyjściowe lub napięcie wyjściowe zbliżające się do 0 V. Wymiana wyżej wymienionych elementów rozwiąże problem. Dodatkowo może wystąpić dryft napięcia wyjściowego na skutek oscylacji W2. Jeśli napięcie wyjściowe jest zbyt wysokie, akumulator może się przeładować, co prowadzi do poważnego odwodnienia, przegrzania i ostatecznie niekontrolowanej temperatury, powodując eksplozję. I odwrotnie, zbyt niskie napięcie wyjściowe spowoduje niedoładowanie.

W przypadku wystąpienia usterek zarówno w obwodach wysokiego, jak i niskiego napięcia, należy przeprowadzić kompleksową kontrolę wszystkich diod, tranzystorów, transoptorów (4N35), tranzystorów polowych, kondensatorów elektrolitycznych, układów scalonych i rezystorów R25, R5, R12, R27 – szczególnie D4 (dioda szybkiego odzyskiwania 16 A 60 V) i C10 (63 V 470 μF) – przed włączeniem zasilania. Unikaj ślepego włączania zasilania, co może jeszcze bardziej rozszerzyć zakres usterek. Niektóre ładowarki posiadają zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją i zwarciem na stopniu wyjściowym. Zasadniczo dodaje to przekaźnik do obwodu wyjściowego; w przypadku odwrotnej polaryzacji lub zwarcia przekaźnik nie działa, uniemożliwiając wyprowadzenie napięcia z ładowarki.

Inne ładowarki również posiadają zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją i zwarciem, chociaż ich zasada działania różni się od wspomnianej konstrukcji. Ich obwód niskonapięciowy pobiera napięcie rozruchowe z ładowanego akumulatora i zawiera diodę (zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją). Po prawidłowym włączeniu zasilania ładowarka dostarcza energię roboczą o niskim napięciu. Układ sterujący w takich ładowarkach jest zwykle oparty na układzie TL494, napędzającym dwa tranzystory wysokiego napięcia 13007. W połączeniu z LM324 (cztery wzmacniacze operacyjne) pozwala to na ładowanie trójstopniowe.

Napięcie 220 V AC jest prostowane przez D1-D4 i filtrowane przez C5, aby uzyskać około 300 V DC. Napięcie to ładuje kondensator C4, tworząc prąd rozruchowy przez uzwojenie wysokiego napięcia TF1, uzwojenie pierwotne TF2 i V2. Uzwojenie sprzężenia zwrotnego TF2 generuje indukowane napięcie, powodując naprzemienne przewodzenie V1 i V2. W rezultacie w uzwojeniu zasilającym niskiego napięcia TF1 wytwarzane jest napięcie. Napięcie to jest prostowane przez D9 i D10, filtrowane przez C8 i dostarcza energię do komponentów takich jak TL494, LM324, V3 i V4. Na tym etapie napięcie wyjściowe pozostaje stosunkowo niskie. Po aktywacji TL494 naprzemiennie wysyła impulsy z pinów 8 i 11, sterując V3 i V4. Impulsy te, poprzez uzwojenie sprzężenia zwrotnego TF2, wzbudzają V1 i V2. Powoduje to przejście V1 i V2 z pracy samooscylującej do pracy kontrolowanej. Wzrasta napięcie uzwojenia wyjściowego TF2. Napięcie to jest doprowadzane z powrotem do styku 1 układu TL494 (sprzężenie zwrotne napięcia) poprzez podział napięcia na R29, R26 i R27, stabilizując napięcie wyjściowe na poziomie 41,2 V. R30 służy jako rezystor wykrywający prąd, generujący spadek napięcia podczas ładowania. Napięcie to jest przekazywane z powrotem przez R11 i R12 do styku 15 układu TL494 (prądowe sprzężenie zwrotne), utrzymując prąd ładowania na poziomie około 1,8 A. Dodatkowo prąd ładowania powoduje spadek napięcia na D20, który jest przewodzony przez R42 do styku 3 układu LM324. Powoduje to, że pin 2 generuje wysokie napięcie, zapalając wskaźnik ładowania, podczas gdy pin 7 wysyła niskie napięcie, gasząc wskaźnik ładowania pływakowego. Ładowarka wchodzi w fazę ładowania prądem stałym. Co więcej, niskie napięcie na pinie 7 obniża napięcie anodowe D19. Zmniejsza to napięcie na pinie 1 TL494, powodując, że maksymalne napięcie wyjściowe ładowarki osiąga 44,8 V. Gdy napięcie akumulatora wzrośnie do 44,8 V, rozpoczyna się faza stałego napięcia.

Gdy prąd ładowania spadnie do 0,3 A–0,4 A, napięcie na pinie 3 LM324 maleje. Pin 1 wyprowadza niskie napięcie, gasząc wskaźnik ładowania. Jednocześnie pin 7 wyprowadza wysokie napięcie, oświetlając wskaźnik ładowania pływakowego. Co więcej, wysokie napięcie na pinie 7 podnosi napięcie anodowe D19. Zwiększa to napięcie na pinie 1 układu TL494, powodując spadek napięcia wyjściowego ładowarki do 41,2 V. Ładowarka przechodzi w tryb ładowania podtrzymującego.

Przykład:

Ładowarka. Po podłączeniu zasilania ładowarka nie wykazuje żadnej reakcji. Jednakże kondensator magazynujący zatrzymuje ładunek. Jeśli nie zostanie natychmiast wyładowany w tym miejscu, może spowodować wstrząs, powodując znaczny dyskomfort.

Najpierw sprawdź, czy 13007 działa. Zmierz napięcie w punkcie środkowym między dwoma tranzystorami; jeśli wskazuje 150 V, problem leży pomiędzy kondensatorem 68 μF/400 V a obwodem głównego transformatora. Jeśli nie jest to 150 V, jeden z dwóch rezystorów rozruchowych 240 K jest uszkodzony. Ten drugi scenariusz jest bardziej powszechny. W przypadku obwodów 3842 rezystor rozruchowy ma zwykle nieskończoną impedancję; należy również sprawdzić dwa rezystory 2,2 oma.