Principy a údržba nabíječek elektrických vozidel

Běžné nabíječky elektrických vozidel lze obecně rozdělit do dvou typů na základě struktury obvodu. První typ využívá jednotranzistorový spínaný napájecí zdroj poháněný UC3842 pro řízení tranzistoru s efektem pole, využívající duální operační zesilovač LM358 k implementaci třístupňové metody nabíjení. Napájení 220 V AC je filtrováno a rušení potlačeno pomocí obousměrného filtru T0, usměrněného pomocí D1 na pulzující DC, poté filtrováno přes C11 pro vytvoření stabilního DC výstupu přibližně 300 V. U1 je integrovaný obvod s pulzně šířkovou modulací TL3842. Pin 5 slouží jako záporná svorka napájení, kolík 7 jako kladná svorka a kolík 6 vysílá impulsy přímo budící tranzistor Q1 s efektem pole (K1358). Pin 3 ovládá omezení maximálního proudu; nastavením odporu R25 (2,5 ohmů) se upraví maximální proud nabíječky. Pin 2 poskytuje napěťovou zpětnou vazbu, což umožňuje nastavení výstupního napětí nabíječky. Pin 4 se připojuje k externímu oscilačnímu rezistoru R1 a oscilačnímu kondenzátoru C1. T1 je vysokofrekvenční pulsní transformátor, který má tři funkce: za prvé snižuje vysokonapěťové pulsy na nízkonapěťové pulsy; za druhé, izoluje vysoké napětí, aby se zabránilo úrazu elektrickým proudem; Za třetí dodává provozní energii do UC3842. D4 je vysokofrekvenční usměrňovací dioda (16A 60V), C10 je nízkonapěťový filtrační kondenzátor, D5 je zenerova dioda 12V a U3 (TL431) je přesný zdroj referenčního napětí. Spolu s U2 (optočlen 4N35) umožňuje automatickou regulaci výstupního napětí nabíječky. Nastavení W2 (trimovací rezistor) umožňuje jemné doladění napětí nabíječky. D10 je LED indikátor napájení. D6 je LED indikátor nabíjení. R27 je rezistor pro snímání proudu (0,1Ω, 5W). Změnou hodnoty odporu W1 se nastaví přechodový práh přechodového nabíjecího proudu nabíječky (200–300 mA).

Po zapnutí je na C11 přítomno přibližně 300 V. Jedna větev tohoto napětí je přivedena na Q1 přes T1. Druhá větev dosáhne pinu 7 U1 přes R5, C8 a C3, což přinutí U1 k aktivaci. Pin 6 U1 vysílá obdélníkové impulsy, čímž se aktivuje Q1. Proud teče přes R25 do země. Současně sekundární vinutí T1 generuje indukované napětí, které přes D3 a R12 zajišťuje spolehlivé napájení U1. Napětí z primárního vinutí T1 je usměrněno a filtrováno přes D4 a C10, aby se vytvořilo stabilní napětí. Jedna větev tohoto napětí přes D7 (která zabraňuje zpětnému toku proudu z baterie zpět do nabíječky) nabíjí baterii. Druhá větev dodává 12V do LM358 (duální operační zesilovač, pin 1 je napájecí zem, pin 8 je napájecí kladný) a jeho periferní obvody přes R14, D5 a C9. D9 poskytuje referenční napětí pro LM358, které je děleno R26 a R4, aby dosáhlo kolíků 2 a 5 LM358. Během normálního nabíjení se na horní svorce R27 objeví napětí přibližně 0,15–0,18 V. Toto napětí je přivedeno na kolík 3 LM358 přes R17, což způsobí, že z kolíku 1 bude vycházet vysoké napětí. Jedna větev tohoto napětí prochází přes R18, přinutí Q2 vést a rozsvítí D6 (červená LED). zatímco další větev injektuje do kolíků 6 a 7 LM358 a vydává nízké napětí, které nutí Q3 vypnout. D10 (zelená LED) zhasne a nabíječka přejde do fáze nabíjení konstantním proudem. Když napětí baterie stoupne na přibližně 44,2 V, nabíječka přejde do fáze nabíjení konstantním napětím, přičemž udržuje výstupní napětí kolem 44,2 V, zatímco nabíjecí proud postupně klesá. Když se nabíjecí proud sníží na 200 mA–300 mA, napětí na R27 se sníží. Napětí na kolíku 3 LM358 klesne pod napětí na kolíku 2, což způsobí, že kolík 1 vydá nízké napětí. Q2 zhasne a D6 zhasne. Současně kolík 7 vydává vysoké napětí. Toto napětí aktivuje Q3 prostřednictvím jedné cesty, což způsobí rozsvícení D10. Další cesta prochází přes D8 a W1 do zpětnovazebního obvodu, což způsobuje pokles napětí. Nabíječka poté přejde do fáze udržovacího nabíjení. Nabíjení se ukončí po 1–2 hodinách.

Běžné závady nabíječek spadají do tří hlavních kategorií: 1: Poruchy vysokého napětí 2: Poruchy nízkého napětí 3: Poruchy ovlivňující vysoké i nízké napětí. Primárním příznakem vysokonapěťové poruchy je rozsvícení kontrolky. Mezi charakteristické indikátory patří: - Spálená pojistka - Porucha usměrňovací diody D1 - Vyboulení nebo prasknutí kondenzátoru C11 - Porucha tranzistoru Q1 - Přerušený obvod v rezistoru R25 Zkrat mezi pinem 7 U1 a zemí. Přerušený obvod v R5, což má za následek žádné spouštěcí napětí pro U1. Výměna těchto součástí by měla problém vyřešit. Pokud pin 7 U1 ukazuje přes 11V a pin 8 ukazuje 5V, U1 je v podstatě funkční. Testování zaostření by mělo být zaměřeno na kontrolu studených pájených spojů na kolících Q1 a T1. Pokud se Q1 opakovaně porouchá bez přehřátí, obvykle to znamená poruchu D2 nebo C4. Pokud se Q1 porouchá při přehřívání, obecně to znamená únik nebo zkrat v nízkonapěťové sekci, nadměrný proud nebo abnormální pulzní křivku na kolíku 6 UC3842. To způsobuje výrazně zvýšené spínací ztráty a tvorbu tepla v 1. čtvrtletí, což vede k jeho přehřívání a vyhoření. Mezi další projevy vysokonapěťových poruch patří blikání kontrolky, nízké a nestabilní výstupní napětí. Ty jsou obvykle způsobeny špatným pájením na pinech T1, otevřenými obvody v D3 nebo R12 nebo nedostatkem provozního napájení TL3842 a jeho periferních obvodů. Vzácná vysokonapěťová porucha se projevuje nadměrně vysokým výstupním napětím přesahujícím 120V. To je obvykle způsobeno poruchou U2, přerušeným obvodem v R13 nebo poruchou U3, což snižuje napětí na kolíku 2 na U1 a způsobuje, že kolík 6 vydává příliš široké pulzy. Je třeba se vyvarovat dlouhodobého provozu za těchto podmínek, protože to vážně poškodí nízkonapěťové obvody.

Většina nízkonapěťových poruch pochází ze spojení s obrácenou polaritou mezi nabíječkou a svorkami baterie, což způsobuje spálení R27 a poruchu LM358. Příznaky zahrnují trvale svítící červený indikátor, nesvítící zelený indikátor, nízké výstupní napětí nebo výstupní napětí blížící se 0V. Výměna výše uvedených součástí problém vyřeší. Navíc může dojít k kolísání výstupního napětí v důsledku oscilace W2. Pokud je výstupní napětí příliš vysoké, baterie se může přebít, což vede k vážné dehydrataci, přehřátí a nakonec tepelnému úniku způsobujícímu explozi. Naopak příliš nízké výstupní napětí bude mít za následek podbití.

Dojde-li k poruše ve vysokonapěťových i nízkonapěťových obvodech, proveďte komplexní kontrolu všech diod, tranzistorů, optočlenů (4N35), tranzistorů s efektem pole, elektrolytických kondenzátorů, integrovaných obvodů a rezistorů R25, R5, R12, R27 – zejména D4 (16A 60V rychlá obnova diody (dioda s rychlou obnovou 607V) a C10 Vyhněte se slepému použití napájení, které může dále rozšířit rozsah poruch. Některé nabíječky obsahují ochranu proti přepólování a zkratu na výstupním stupni. To v podstatě přidává relé k výstupnímu obvodu; během přepólování nebo zkratu relé nepracuje, což brání výstupu napětí z nabíječky.

Ostatní nabíječky mají také ochranu proti přepólování a zkratu, i když se jejich princip od výše zmíněné konstrukce liší. Jejich nízkonapěťový obvod odebírá startovací napětí z nabíjené baterie a obsahuje diodu (ochrana proti přepólování). Jakmile je napájecí zdroj správně aktivován, nabíječka pak dodává nízkonapěťovou provozní energii. Řídicí čip v takových nabíječkách je obvykle založen na TL494, pohání dva vysokonapěťové tranzistory 13007. V kombinaci s LM324 (čtyři operační zesilovače) je tak dosaženo třístupňového nabíjení.

220 V AC je usměrněno přes D1-D4 a filtrováno přes C5, aby se získalo přibližně 300 V DC. Toto napětí nabíjí C4 a vytváří startovací proud přes vysokonapěťové vinutí TF1, primární vinutí TF2 a V2. Zpětnovazební vinutí TF2 generuje indukované napětí, které způsobuje střídavé vedení V1 a V2. V důsledku toho se v nízkonapěťovém napájecím vinutí TF1 vytváří napětí. Toto napětí je usměrněno přes D9 a D10, filtrováno C8 a dodává energii součástkám jako TL494, LM324, V3 a V4. V této fázi zůstává výstupní napětí relativně nízké. Po aktivaci TL494 střídavě vydává impulsy z kolíků 8 a 11, které pohání V3 a V4. Tyto impulsy přes zpětnovazební vinutí TF2 vybudí V1 a V2. Tím přechází V1 a V2 ze samooscilačního na řízený provoz. Napětí výstupního vinutí TF2 stoupá. Toto napětí je přiváděno zpět na kolík 1 TL494 (napěťová zpětná vazba) prostřednictvím dělení napětí přes R29, R26 a R27, čímž se výstupní napětí stabilizuje na 41,2 V. R30 slouží jako proudový snímací odpor, který generuje pokles napětí během nabíjení. Toto napětí je přiváděno zpět přes R11 a R12 na kolík 15 TL494 (proudová zpětná vazba), přičemž nabíjecí proud se udržuje na přibližně 1,8A. Navíc nabíjecí proud vytváří pokles napětí na D20, který je veden přes R42 na kolík 3 LM324. To způsobí, že kolík 2 vydá vysoké napětí, čímž se rozsvítí indikátor nabíjení, zatímco kolík 7 vydá nízké napětí a zhasne indikátor plovoucího nabíjení. Nabíječka přechází do fáze nabíjení konstantním proudem. Navíc nízké napětí na kolíku 7 snižuje anodové napětí D19. Tím se sníží napětí na kolíku 1 TL494, což způsobí, že maximální výstupní napětí nabíječky dosáhne 44,8 V. Když napětí baterie stoupne na 44,8 V, začne fáze konstantního napětí.

Když nabíjecí proud klesne na 0,3A–0,4A, napětí na kolíku 3 LM324 se sníží. Pin 1 vydává nízké napětí, čímž zhasne indikátor nabíjení. Současně kolík 7 vydává vysoké napětí a svítí indikátor plovoucího nabití. Navíc vysoké napětí na kolíku 7 zvyšuje anodové napětí D19. Tím se zvýší napětí na kolíku 1 TL494, což způsobí snížení výstupního napětí nabíječky na 41,2 V. Nabíječka přejde do režimu plovoucího nabíjení.

Příklad:

Nabíječka. Po připojení napájení nabíječka nevykazuje žádnou odezvu. Akumulační kondenzátor si však zachovává náboj. Pokud zde není okamžitě vybito, může způsobit překvapivý náraz a způsobit značné nepohodlí.

Nejprve se ujistěte, zda je 13007 funkční. Změřte střední napětí mezi dvěma tranzistory; pokud je 150V, problém leží mezi kondenzátorem 68μF/400V a hlavním obvodem transformátoru. Pokud není 150V, je vadný jeden ze dvou spouštěcích odporů 240K. Druhý scénář je častější. Pro obvody 3842 se spouštěcí odpor obvykle stává nekonečnou impedancí; měly by se také zkontrolovat dva odpory 2,2 ohmu.