Nguyên lý và bảo dưỡng bộ sạc xe điện

Bộ sạc xe điện thông thường có thể được phân loại thành hai loại dựa trên cấu trúc mạch. Loại đầu tiên sử dụng nguồn điện chuyển mạch một bóng bán dẫn được điều khiển bởi UC3842 để điều khiển bóng bán dẫn hiệu ứng trường, sử dụng bộ khuếch đại hoạt động kép LM358 để thực hiện phương pháp sạc ba giai đoạn. Nguồn điện xoay chiều 220V được lọc và triệt tiêu nhiễu thông qua bộ lọc hai chiều T0, được chỉnh lưu bởi D1 thành DC dao động, sau đó được lọc qua C11 để tạo ra đầu ra DC ổn định khoảng 300V. U1 là mạch tích hợp điều chế độ rộng xung TL3842. Chân 5 đóng vai trò là cực âm của nguồn điện, chân 7 là cực dương và chân 6 phát ra các xung trực tiếp điều khiển bóng bán dẫn hiệu ứng trường Q1 (K1358). Chân 3 điều khiển giới hạn dòng điện tối đa; điều chỉnh điện trở R25 (2,5 ohms) sẽ điều chỉnh dòng điện tối đa của bộ sạc. Chân 2 cung cấp phản hồi điện áp, cho phép điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ sạc. Chân 4 kết nối với điện trở dao động ngoài R1 và tụ điện dao động C1. T1 là máy biến áp xung cao tần, có 3 chức năng: thứ nhất là giảm xung điện áp cao xuống xung điện áp thấp; thứ hai, nó cách ly điện áp cao để tránh bị điện giật; Thứ ba, nó cung cấp năng lượng hoạt động cho UC3842. D4 là diode chỉnh lưu tần số cao (16A 60V), C10 là tụ lọc điện áp thấp, D5 là diode zener 12V và U3 (TL431) là nguồn điện áp tham chiếu chính xác. Cùng với U2 (bộ ghép quang 4N35), nó cho phép tự động điều chỉnh điện áp đầu ra của bộ sạc. Điều chỉnh W2 (điện trở cắt) cho phép tinh chỉnh điện áp của bộ sạc. D10 là đèn LED báo nguồn. D6 là đèn LED chỉ báo sạc. R27 là điện trở cảm biến dòng điện (0,1Ω, 5W). Việc thay đổi giá trị điện trở của W1 sẽ điều chỉnh dòng điện ngưỡng chuyển tiếp điện tích nổi của bộ sạc (200–300mA).

Khi bật nguồn, có khoảng 300V trên C11. Một nhánh của điện áp này được đưa vào Q1 thông qua T1. Nhánh thứ hai đến chân 7 của U1 thông qua R5, C8 và C3, buộc U1 phải kích hoạt. Chân 6 của U1 phát ra các xung sóng vuông, kích hoạt Q1. Dòng điện chạy qua R25 xuống đất. Đồng thời, cuộn thứ cấp của T1 tạo ra một điện áp cảm ứng, thông qua D3 và R12, cung cấp nguồn điện đáng tin cậy cho U1. Điện áp từ cuộn sơ cấp của T1 được chỉnh lưu và lọc qua D4 và C10 để tạo ra điện áp ổn định. Một nhánh của điện áp này, thông qua D7 (ngăn dòng điện ngược từ pin quay trở lại bộ sạc), sẽ sạc pin. Nhánh thứ hai cung cấp điện áp 12V cho LM358 (bộ khuếch đại hoạt động kép, chân 1 là nối đất, chân 8 là nguồn dương) và mạch ngoại vi của nó thông qua R14, D5 và C9. D9 cung cấp điện áp tham chiếu cho LM358, được chia cho R26 và R4 để đến chân 2 và 5 của LM358. Trong quá trình sạc bình thường, điện áp khoảng 0,15–0,18V xuất hiện ở cực trên của R27. Điện áp này được đưa vào chân 3 của LM358 qua R17, tạo ra điện áp cao từ chân 1. Một nhánh của điện áp này đi qua R18, buộc Q2 dẫn điện và chiếu sáng D6 (đèn LED màu đỏ). trong khi một nhánh khác chèn vào chân 6 và 7 của LM358, tạo ra điện áp thấp buộc Q3 phải tắt. D10 (đèn LED màu xanh lá cây) tắt và bộ sạc chuyển sang giai đoạn sạc dòng không đổi. Khi điện áp pin tăng lên khoảng 44,2V, bộ sạc sẽ chuyển sang giai đoạn sạc điện áp không đổi, duy trì điện áp đầu ra khoảng 44,2V trong khi dòng sạc giảm dần. Khi dòng sạc giảm xuống 200mA–300mA, điện áp trên R27 sẽ giảm. Điện áp ở chân 3 của LM358 giảm xuống dưới chân 2, khiến chân 1 tạo ra điện áp thấp. Q2 tắt và D6 tắt. Đồng thời, chân 7 xuất ra điện áp cao. Điện áp này kích hoạt Q3 thông qua một đường dẫn, khiến D10 phát sáng. Một đường khác đi qua D8 và W1 tới mạch phản hồi, khiến điện áp giảm. Bộ sạc sau đó bước vào giai đoạn sạc nhỏ giọt. Quá trình sạc kết thúc sau 1–2 giờ.

Các lỗi thường gặp ở bộ sạc thuộc ba loại chính: 1: Lỗi điện áp cao 2: Lỗi điện áp thấp 3: Lỗi ảnh hưởng đến cả điện áp cao và điện áp thấp. Triệu chứng chính của sự cố điện áp cao là đèn báo không sáng. Các dấu hiệu đặc trưng bao gồm: - Nổ cầu chì - Hỏng diode chỉnh lưu D1 - Tụ điện C11 bị phồng hoặc nổ - Hỏng Transistor Q1 - Hở mạch điện trở R25 Đoản mạch giữa chân 7 của U1 và đất. Hở mạch R5 dẫn đến không có điện áp khởi động cho U1. Việc thay thế các thành phần này sẽ giải quyết được vấn đề. Nếu chân 7 của U1 hiển thị trên 11V và chân 8 hiển thị 5V thì về cơ bản U1 vẫn hoạt động. Kiểm tra tập trung nên hướng vào việc kiểm tra các mối hàn nguội trên các chân của Q1 và T1. Nếu Q1 liên tục bị hỏng mà không quá nóng, điều này thường cho thấy lỗi của D2 hoặc C4. Nếu Q1 bị hỏng trong khi quá nhiệt, điều này thường biểu thị sự rò rỉ hoặc đoản mạch ở phần điện áp thấp, dòng điện quá mức hoặc dạng sóng xung bất thường ở chân 6 của UC3842. Điều này làm tăng đáng kể tổn thất chuyển mạch và sinh nhiệt trong Q1, dẫn đến quá nhiệt và kiệt sức. Các biểu hiện khác của lỗi điện áp cao bao gồm đèn báo nhấp nháy, điện áp đầu ra thấp và không ổn định. Những nguyên nhân này thường do hàn kém ở các chân của T1, hở mạch ở D3 hoặc R12 hoặc thiếu nguồn điện vận hành cho TL3842 và mạch ngoại vi của nó. Một lỗi điện áp cao hiếm gặp biểu hiện là điện áp đầu ra quá cao vượt quá 120V. Điều này thường xảy ra do lỗi U2, hở mạch ở R13 hoặc hỏng U3, làm giảm điện áp ở chân 2 của U1 và khiến chân 6 tạo ra các xung quá rộng. Phải tránh hoạt động kéo dài trong những điều kiện này vì nó sẽ làm hỏng nghiêm trọng mạch điện áp thấp.

Hầu hết các lỗi điện áp thấp đều xuất phát từ kết nối ngược cực giữa bộ sạc và cực pin, khiến R27 bị cháy và LM358 bị hỏng. Các triệu chứng bao gồm đèn báo màu đỏ sáng liên tục, đèn báo màu xanh lá cây không sáng, điện áp đầu ra thấp hoặc điện áp đầu ra gần đến 0V. Thay thế các thành phần nói trên sẽ giải quyết được vấn đề. Ngoài ra, có thể xảy ra hiện tượng lệch điện áp đầu ra do dao động W2. Nếu điện áp đầu ra quá cao, pin có thể bị sạc quá mức, dẫn đến mất nước nghiêm trọng, quá nhiệt và cuối cùng là thoát nhiệt gây nổ. Ngược lại, điện áp đầu ra quá thấp sẽ dẫn đến sạc thiếu.

Khi xảy ra lỗi ở cả mạch điện áp cao và điện áp thấp, hãy tiến hành kiểm tra toàn diện tất cả điốt, bóng bán dẫn, bộ ghép quang (4N35), bóng bán dẫn hiệu ứng trường, tụ điện, mạch tích hợp và điện trở R25, R5, R12, R27—đặc biệt là D4 (Điốt phục hồi nhanh 16A 60V) và C10 (63V 470μF)—trước khi bật nguồn. Tránh sử dụng điện một cách mù quáng, điều này có thể mở rộng phạm vi lỗi hơn nữa. Một số bộ sạc có kết hợp phân cực ngược và bảo vệ ngắn mạch ở giai đoạn đầu ra. Về cơ bản, điều này bổ sung thêm một rơle vào mạch đầu ra; trong điều kiện phân cực ngược hoặc ngắn mạch, rơle không hoạt động, ngăn cản điện áp đầu ra từ bộ sạc.

Các bộ sạc khác cũng có tính năng chống phân cực ngược và chống đoản mạch, mặc dù nguyên lý của chúng khác với thiết kế nói trên. Mạch điện áp thấp của họ lấy điện áp khởi động từ pin đang được sạc và kết hợp với một diode (bảo vệ phân cực ngược). Sau khi nguồn điện được kích hoạt đúng cách, bộ sạc sẽ cung cấp nguồn điện hoạt động ở điện áp thấp. Chip điều khiển trong các bộ sạc như vậy thường dựa trên TL494, điều khiển hai bóng bán dẫn điện áp cao 13007. Kết hợp với LM324 (bốn bộ khuếch đại hoạt động), điều này đạt được khả năng sạc ba giai đoạn.

Điện áp xoay chiều 220V được chỉnh lưu qua D1-D4 và được lọc bằng C5 để tạo ra khoảng 300V DC. Điện áp này nạp điện cho C4, tạo thành dòng khởi động qua cuộn dây cao áp của TF1, cuộn sơ cấp của TF2 và V2. Cuộn dây phản hồi của TF2 tạo ra một điện áp cảm ứng, làm cho V1 và V2 luân phiên dẫn điện. Do đó, một điện áp được tạo ra trong cuộn dây cung cấp điện áp thấp của TF1. Điện áp này được chỉnh lưu qua D9 và D10, lọc bằng C8 và cấp nguồn cho các linh kiện như TL494, LM324, V3, V4. Ở giai đoạn này, điện áp đầu ra vẫn tương đối thấp. Sau khi kích hoạt, TL494 lần lượt xuất ra các xung từ chân 8 và 11, điều khiển V3 và V4. Các xung này, thông qua cuộn dây phản hồi TF2, kích thích V1 và V2. Điều này chuyển đổi V1 và V2 từ tự dao động sang hoạt động có kiểm soát. Điện áp cuộn dây đầu ra của TF2 tăng. Điện áp này được đưa trở lại chân 1 của TL494 (phản hồi điện áp) thông qua phân chia điện áp trên R29, R26 và R27, ổn định điện áp đầu ra ở mức 41,2V. R30 đóng vai trò là điện trở cảm nhận dòng điện, tạo ra hiện tượng sụt áp trong quá trình sạc. Điện áp này được đưa trở lại qua R11 và R12 đến chân 15 của TL494 (phản hồi dòng điện), duy trì dòng sạc ở khoảng 1,8A. Ngoài ra, dòng sạc tạo ra sự sụt giảm điện áp trên D20, điện áp này được truyền qua R42 đến chân 3 của LM324. Điều này làm cho chân 2 tạo ra điện áp cao, làm sáng đèn báo sạc, trong khi chân 7 tạo ra điện áp thấp, tắt đèn báo sạc nổi. Bộ sạc bước vào giai đoạn sạc dòng không đổi. Hơn nữa, điện áp thấp ở chân 7 sẽ kéo điện áp anode của D19 xuống. Điều này làm giảm điện áp ở chân 1 của TL494, khiến điện áp đầu ra tối đa của bộ sạc đạt 44,8V. Khi điện áp pin tăng lên 44,8V, giai đoạn điện áp không đổi bắt đầu.

Khi dòng sạc giảm xuống 0,3A–0,4A, điện áp ở chân 3 của LM324 cũng giảm. Chân 1 xuất ra điện áp thấp, tắt đèn báo sạc. Đồng thời, chân số 7 tạo ra điện áp cao, làm sáng đèn báo sạc phao. Hơn nữa, điện áp cao ở chân 7 làm tăng điện áp cực dương của D19. Điều này làm tăng điện áp ở chân 1 của TL494, khiến điện áp đầu ra của bộ sạc giảm xuống 41,2V. Bộ sạc chuyển sang chế độ sạc thả nổi.

Ví dụ:

Bộ sạc. Khi kết nối nguồn điện, bộ sạc không có phản hồi gì. Tuy nhiên, tụ điện lưu trữ vẫn giữ được điện tích. Nếu không kịp thời xả ra đây, nó có thể gây ra một cú sốc đáng kinh ngạc, gây khó chịu đáng kể.

Đầu tiên hãy xác định xem 13007 có hoạt động hay không. Đo điện áp trung điểm giữa hai Transistor; nếu nó đọc 150V thì vấn đề nằm ở tụ điện 68μF/400V và mạch biến áp chính. Nếu không phải 150V thì một trong hai điện trở khởi động 240K bị lỗi. Kịch bản sau phổ biến hơn. Đối với mạch 3842, điện trở khởi động thường trở thành trở kháng vô hạn; hai điện trở 2,2 ohm cũng cần được kiểm tra.