Принципы и обслуживание зарядных устройств для электромобилей

Обычные зарядные устройства для электромобилей можно разделить на два типа в зависимости от структуры схемы. В первом типе используется однотранзисторный импульсный источник питания, управляемый UC3842 для управления полевым транзистором, а для реализации трехступенчатого метода зарядки используется двойной операционный усилитель LM358. Питание переменного тока 220 В фильтруется и подавляется с помощью двунаправленного фильтра T0, выпрямляется с помощью D1 в пульсирующий постоянный ток, а затем фильтруется через C11 для получения стабильного выходного постоянного напряжения примерно 300 В. U1 представляет собой интегральную схему широтно-импульсной модуляции TL3842. Вывод 5 служит отрицательной клеммой источника питания, вывод 7 — положительной клеммой, а вывод 6 выводит импульсы, непосредственно управляющие полевым транзистором Q1 (К1358). Контакт 3 управляет ограничением максимального тока; регулировка сопротивления R25 (2,5 Ом) изменяет максимальный ток зарядного устройства. Контакт 2 обеспечивает обратную связь по напряжению, позволяя регулировать выходное напряжение зарядного устройства. Вывод 4 подключается к внешнему колебательному резистору R1 и колебательному конденсатору C1. Т1 — преобразователь высокочастотных импульсов, выполняющий три функции: во-первых, он понижает импульсы высокого напряжения до импульсов низкого напряжения; во-вторых, изолирует высокое напряжение, чтобы предотвратить поражение электрическим током; В-третьих, он обеспечивает рабочее питание UC3842. D4 — высокочастотный выпрямительный диод (16 А, 60 В), C10 — конденсатор фильтра низкого напряжения, D5 — стабилитрон 12 В, а U3 (TL431) — прецизионный источник опорного напряжения. Вместе с U2 (оптопара 4N35) обеспечивает автоматическое регулирование выходного напряжения зарядного устройства. Регулировка W2 (подстроечный резистор) позволяет точно настроить напряжение зарядного устройства. D10 — светодиодный индикатор питания. D6 — светодиодный индикатор зарядки. R27 — резистор измерения тока (0,1 Ом, 5 Вт). Изменение значения сопротивления W1 регулирует пороговый ток перехода плавающего заряда зарядного устройства (200–300 мА).

При включении питания на C11 присутствует напряжение около 300 В. Одна ветвь этого напряжения подается на Q1 через T1. Вторая ветвь достигает контакта 7 U1 через R5, C8 и C3, заставляя U1 активироваться. Вывод 6 U1 выводит прямоугольные импульсы, активируя Q1. Ток течет через R25 на землю. Одновременно вторичная обмотка Т1 генерирует наведенное напряжение, которое через D3 и R12 обеспечивает надежное питание U1. Напряжение первичной обмотки Т1 выпрямляется и фильтруется через D4 и C10 для получения стабильного напряжения. Одна ветвь этого напряжения через D7 (который предотвращает обратный ток от аккумулятора обратно в зарядное устройство) заряжает аккумулятор. Вторая ветвь подает напряжение 12 В на LM358 (двойной операционный усилитель, контакт 1 — земля питания, контакт 8 — положительный источник питания) и его периферийную схему через R14, D5 и C9. D9 обеспечивает опорное напряжение для LM358, которое делится на R26 и R4, чтобы достичь контактов 2 и 5 LM358. При обычной зарядке на верхней клемме R27 появляется напряжение примерно 0,15–0,18В. Это напряжение подается на контакт 3 LM358 через R17, вызывая выход высокого напряжения на контакт 1. Одна ветвь этого напряжения проходит через R18, заставляя Q2 проводить ток и зажигая D6 (красный светодиод). в то время как другая ветвь подает напряжение на контакты 6 и 7 LM358, выдавая низкое напряжение, которое заставляет Q3 выключиться. D10 (зеленый светодиод) гаснет, и зарядное устройство переходит в фазу зарядки постоянным током. Когда напряжение аккумулятора возрастает примерно до 44,2 В, зарядное устройство переходит в фазу зарядки с постоянным напряжением, поддерживая выходное напряжение около 44,2 В, в то время как зарядный ток постепенно уменьшается. Когда зарядный ток снижается до 200–300 мА, напряжение на R27 уменьшается. Напряжение на контакте 3 LM358 падает ниже напряжения на контакте 2, в результате чего контакт 1 выдает низкое напряжение. Q2 выключается, а D6 гаснет. Одновременно на контакт 7 выводится высокое напряжение. Это напряжение активирует Q3 по одному пути, заставляя D10 загораться. Другой путь проходит через D8 и W1 к цепи обратной связи, вызывая снижение напряжения. Затем зарядное устройство переходит в фазу постепенной зарядки. Зарядка завершается через 1–2 часа.

Распространенные неисправности зарядных устройств делятся на три основные категории: 1: неисправности высокого напряжения 2: неисправности низкого напряжения 3: неисправности, затрагивающие как высокое, так и низкое напряжение. Основным признаком неисправности высокого напряжения является то, что контрольная лампа не загорается. К характерным признакам относятся: - Перегорание предохранителя - Пробой выпрямительного диода D1 - Вздутие или взрыв конденсатора С11 - Пробой транзистора Q1 - Обрыв резистора R25 Короткое замыкание между выводом 7 U1 и массой. Разрыв цепи в R5, в результате чего отсутствует пусковое напряжение для U1. Замена этих компонентов должна решить проблему. Если на контакте 7 U1 напряжение превышает 11 В, а на контакте 8 — 5 В, U1 практически работоспособен. Целенаправленное тестирование должно быть направлено на проверку соединений холодной пайки на выводах Q1 и T1. Если Q1 неоднократно выходит из строя без перегрева, это обычно указывает на выход из строя D2 или C4. Если Q1 выходит из строя при перегреве, это обычно означает утечку или короткое замыкание в низковольтной секции, чрезмерный ток или ненормальную форму импульсного сигнала на выводе 6 UC3842. Это приводит к значительному увеличению коммутационных потерь и тепловыделения в Q1, что приводит к его перегреву и перегоранию. Другими проявлениями высоковольтных неисправностей являются мерцание индикаторной лампы, низкое и нестабильное выходное напряжение. Обычно они вызваны плохой пайкой контактов T1, обрывом цепи в D3 или R12 или отсутствием рабочего питания TL3842 и его периферийных схем. Редкая высоковольтная неисправность проявляется в виде чрезмерно высокого выходного напряжения, превышающего 120 В. Обычно это вызвано неисправностью U2, обрывом цепи R13 или пробой U3, что снижает напряжение на выводе 2 U1 и заставляет вывод 6 выдавать слишком широкие импульсы. Следует избегать длительной работы в таких условиях, так как это приведет к серьезному повреждению низковольтной схемы.

Большинство неисправностей низкого напряжения возникают из-за обратной полярности подключения между клеммами зарядного устройства и аккумулятора, что приводит к перегоранию R27 и выходу из строя LM358. Симптомы включают постоянно горящий красный индикатор, несветящийся зеленый индикатор, низкое выходное напряжение или выходное напряжение, приближающееся к 0 В. Замена вышеперечисленных компонентов решит проблему. Кроме того, может произойти дрейф выходного напряжения из-за колебаний W2. Если выходное напряжение слишком велико, аккумулятор может перезарядиться, что приведет к серьезному обезвоживанию, перегреву и, в конечном итоге, к выходу из строя, вызывающему взрыв. И наоборот, слишком низкое выходное напряжение приведет к недозаряду.

При возникновении неисправностей как в цепях высокого, так и низкого напряжения, перед подачей питания проведите комплексную проверку всех диодов, транзисторов, оптопар (4N35), полевых транзисторов, электролитических конденсаторов, интегральных схем и резисторов R25, R5, R12, R27, особенно D4 (диод с быстрым восстановлением 16 А, 60 В) и C10 (63 В, 470 мкФ). Избегайте слепого включения питания, которое может еще больше расширить область неисправности. Некоторые зарядные устройства имеют обратную полярность и защиту от короткого замыкания на выходном каскаде. По сути, это добавляет реле к выходной цепи; в случае обратной полярности или короткого замыкания реле не срабатывает, предотвращая выход напряжения из зарядного устройства.

Другие зарядные устройства также имеют обратную полярность и защиту от короткого замыкания, однако их принцип отличается от вышеупомянутой конструкции. Их низковольтная схема получает пусковое напряжение от заряжаемой батареи и включает в себя диод (защита от обратной полярности). После правильной активации источника питания зарядное устройство подает низковольтную рабочую мощность. Управляющая микросхема в таких зарядных устройствах обычно основана на микросхеме TL494 и управляет двумя высоковольтными транзисторами 13007. В сочетании с LM324 (четырьмя операционными усилителями) это обеспечивает трехступенчатую зарядку.

Напряжение переменного тока 220 В выпрямляется через D1-D4 и фильтруется с помощью C5, чтобы получить примерно 300 В постоянного тока. Это напряжение заряжает C4, образуя пусковой ток через высоковольтную обмотку TF1, первичную обмотку TF2 и V2. Обмотка обратной связи TF2 генерирует индуцированное напряжение, заставляя V1 и V2 проводить поочередно. Следовательно, в низковольтной питающей обмотке TF1 создается напряжение. Это напряжение выпрямляется через D9 и D10, фильтруется C8 и подает питание на такие компоненты, как TL494, LM324, V3 и V4. На этом этапе выходное напряжение остается относительно низким. При активации TL494 попеременно выдает импульсы с контактов 8 и 11, управляя V3 и V4. Эти импульсы через обмотку обратной связи TF2 возбуждают V1 и V2. Это переводит V1 и V2 из автоколебательного режима в управляемый. Напряжение выходной обмотки TF2 возрастает. Это напряжение подается обратно на контакт 1 TL494 (обратная связь по напряжению) посредством деления напряжения на R29, R26 и R27, стабилизируя выходное напряжение на уровне 41,2 В. R30 служит резистором измерения тока, создавая падение напряжения во время зарядки. Это напряжение подается обратно через R11 и R12 на контакт 15 TL494 (обратная связь по току), поддерживая зарядный ток примерно на уровне 1,8 А. Кроме того, зарядный ток создает падение напряжения на D20, которое передается через R42 на вывод 3 LM324. Это приводит к тому, что на контакт 2 выводится высокое напряжение, зажигая индикатор зарядки, а на контакт 7 выводится низкое напряжение, гася индикатор плавающего заряда. Зарядное устройство переходит в фазу зарядки постоянным током. Более того, низкое напряжение на выводе 7 снижает анодное напряжение D19. Это снижает напряжение на выводе 1 TL494, в результате чего максимальное выходное напряжение зарядного устройства достигает 44,8 В. Когда напряжение батареи возрастает до 44,8 В, начинается фаза стабилизации напряжения.

Когда зарядный ток падает до 0,3А–0,4А, напряжение на выводе 3 LM324 снижается. На контакт 1 выводится низкое напряжение, гасящее индикатор зарядки. Одновременно на контакт 7 выводится высокое напряжение, загорающееся индикатор плавающего заряда. Более того, высокое напряжение на выводе 7 повышает анодное напряжение D19. Это увеличивает напряжение на выводе 1 TL494, в результате чего выходное напряжение зарядного устройства снижается до 41,2 В. Зарядное устройство переходит в режим плавающей зарядки.

Пример:

Зарядное устройство. При подключении питания зарядное устройство вообще не реагирует. Однако накопительный конденсатор сохраняет заряд. Если его вовремя не разрядить, он может вызвать резкий толчок, вызывающий значительный дискомфорт.

Сначала убедитесь, что 13007 работает. Измерьте среднее напряжение между двумя транзисторами; если он показывает 150 В, проблема заключается между конденсатором 68 мкФ/400 В и цепью главного трансформатора. Если не 150В, неисправен один из двух пусковых резисторов 240К. Последний сценарий более распространен. Для схем 3842 пусковой резистор обычно имеет бесконечный импеданс; Также следует проверить два резистора сопротивлением 2,2 Ом.