電気自動車充電器の原理とメンテナンス

一般的な電気自動車の充電器は、回路構造に基づいて大きく 2 つのタイプに分類できます。 1 つ目のタイプは、電界効果トランジスタを制御するために UC3842 によって駆動されるシングル トランジスタ スイッチング電源を採用し、LM358 デュアル オペアンプを利用して 3 段階の充電方法を実装します。 220V AC 電源は、T0 双方向フィルタを介してフィルタリングされ干渉が抑制され、D1 によって脈動 DC に整流され、その後 C11 を介してフィルタリングされて、約 300V の安定した DC 出力が生成されます。 U1 は TL3842 パルス幅変調集積回路です。ピン 5 は電源のマイナス端子として機能し、ピン 7 はプラス端子として機能し、ピン 6 は電界効果トランジスタ Q1 (K1358) を直接駆動するパルスを出力します。ピン 3 は最大電流制限を制御します。 R25 の抵抗 (2.5 オーム) を調整すると、充電器の最大電流が変更されます。ピン 2 は電圧フィードバックを提供し、充電器の出力電圧を調整できます。 4 番ピンは外付けの発振抵抗 R1 と発振コンデンサ C1 に接続します。 T1 は高周波パルストランスで、3 つの機能を果たします。1 つは、高電圧パルスを低電圧パルスに降圧することです。次に、高電圧を絶縁して感電を防ぎます。 3 番目に、UC3842 に動作電力を供給します。 D4 は高周波整流ダイオード (16A 60V)、C10 は低電圧フィルタ コンデンサ、D5 は 12V ツェナー ダイオード、U3 (TL431) は高精度基準電圧源です。 U2 (フォトカプラ 4N35) と併用すると、充電器の出力電圧の自動調整が可能になります。 W2 (トリミング抵抗) を調整すると、充電器の電圧を微調整できます。 D10 は電源インジケータ LED です。 D6 は充電インジケータ LED です。 R27 は電流検出抵抗 (0.1Ω、5W) です。 W1 の抵抗値を変更すると、充電器のフロート充電遷移しきい値電流 (200 ～ 300mA) が調整されます。

電源投入時、C11 の両端には約 300V がかかります。この電圧の 1 つの分岐は、T1 を介して Q1 に印加されます。 2 番目のブランチは R5、C8、および C3 を介して U1 のピン 7 に到達し、U1 を強制的にアクティブにします。 U1 のピン 6 は方形波パルスを出力し、Q1 をアクティブにします。電流は R25 を通ってグランドに流れます。同時に、T1 の二次巻線は誘導電圧を生成し、D3 と R12 を介して U1 に信頼性の高い電源を供給します。 T1 の一次巻線からの電圧は、D4 と C10 を介して整流およびフィルタリングされ、安定した電圧が生成されます。この電圧の 1 つの分岐は、D7 を介して (バッテリーから充電器への逆電流を防止します)、バッテリーを充電します。 2 番目のブランチは、R14、D5、および C9 を介して LM358 (デュアル オペアンプ、ピン 1 が電源グランド、ピン 8 が電源プラス) とその周辺回路に 12V を供給します。 D9 は LM358 の基準電圧を提供し、この電圧は R26 と R4 で分圧されて LM358 のピン 2 と 5 に供給されます。通常充電中は、R27 の上側端子に約 0.15 ～ 0.18V の電圧が発生します。この電圧は R17 を介して LM358 のピン 3 に印加され、ピン 1 から高電圧が出力されます。この電圧の 1 つの分岐は R18 を通過し、Q2 を強制的に導通し、D6 (赤色 LED) を点灯します。一方、別のブランチは LM358 のピン 6 と 7 に注入し、Q3 を強制的にオフにする低電圧を出力します。 D10 (緑色の LED) が消え、充電器は定電流充電フェーズに入ります。バッテリ電圧が約 44.2V まで上昇すると、充電器は定電圧充電フェーズに移行し、充電電流が徐々に減少する間、出力電圧を約 44.2V に維持します。充電電流が 200mA ～ 300mA に減少すると、R27 の両端の電圧が減少します。 LM358 のピン 3 の電圧がピン 2 の電圧を下回り、ピン 1 が低電圧を出力します。 Q2 がオフになり、D6 が消灯します。同時に、ピン 7 は高電圧を出力します。この電圧により 1 つのパスを介して Q3 がアクティブになり、D10 が点灯します。別の経路が D8 と W1 を経由してフィードバック回路に伝わり、電圧が低下します。その後、充電器はトリクル充電フェーズに入ります。充電は 1 ～ 2 時間後に終了します。

充電器の一般的な障害は、次の 3 つの主なカテゴリに分類されます。 1: 高電圧障害 2: 低電圧障害 3: 高電圧と低電圧の両方に影響を及ぼす障害。高電圧障害の主な症状は、表示灯が点灯しないことです。特性インジケータには以下が含まれます。 - ヒューズ切れ - 整流ダイオード D1 の故障 - コンデンサ C11 の膨張または破裂 - トランジスタ Q1 の故障 - 抵抗 R25 の開回路 U1 のピン 7 とグランドの間の短絡。 R5 の回路が開くと、U1 の起動電圧がなくなります。これらのコンポーネントを交換すると、問題が解決するはずです。 U1 のピン 7 が 11V 以上を示し、ピン 8 が 5V を示している場合、U1 は基本的に機能しています。重点テストは、Q1 および T1 のピン上の冷はんだ接合のチェックに向けられる必要があります。 Q1 が過熱せずに繰り返し故障する場合、これは通常、D2 または C4 の故障を示します。 Q1 が過熱中に故障した場合、これは通常、低電圧セクションでの漏れまたは短絡、過電流、または UC3842 のピン 6 での異常なパルス波形を意味します。これにより、Q1 でのスイッチング損失と発熱が大幅に増加し、過熱や焼損につながります。高電圧障害のその他の症状としては、インジケーターライトのちらつき、出力電圧の低下、不安定などが挙げられます。これらは通常、T1 のピンのはんだ付け不良、D3 または R12 の開回路、TL3842 とその周辺回路への動作電力の不足によって発生します。まれに発生する高電圧障害は、120V を超える過度に高い出力電圧として現れます。これは通常、U2 の故障、R13 の開回路、または U3 の故障によって引き起こされ、U1 のピン 2 の電圧が低下し、ピン 6 が過度に幅の広いパルスを出力します。このような条件下での長時間の動作は、低電圧回路に深刻な損傷を与えるため避けてください。

ほとんどの低電圧障害は、充電器とバッテリーの端子間の逆極性接続に起因し、R27 が焼損して LM358 が故障します。症状としては、赤色のインジケーターが継続的に点灯する、緑色のインジケーターが消灯する、出力電圧が低い、または出力電圧が 0V に近づくなどがあります。前述のコンポーネントを交換すると、問題が解決します。また、W2発振による出力電圧のドリフトが発生する場合があります。出力電圧が高すぎると、バッテリーが過充電され、重度の脱水症状、過熱、最終的には熱暴走を引き起こして爆発を引き起こす可能性があります。逆に、出力電圧が低すぎると充電不足になります。

高電圧回路と低電圧回路の両方で障害が発生した場合は、電源を投入する前に、すべてのダイオード、トランジスタ、フォトカプラ (4N35)、電界効果トランジスタ、電解コンデンサ、集積回路、および抵抗 R25、R5、R12、R27、特に D4 (16A 60V ファスト リカバリ ダイオード) および C10 (63V 470μF) の包括的な検査を実行します。むやみに電力を供給すると、障害の範囲がさらに拡大する可能性があるので避けてください。一部の充電器には、出力段に逆極性および短絡保護が組み込まれています。これは基本的に出力回路にリレーを追加することになります。逆極性または短絡状態では、リレーが動作せず、充電器からの電圧出力が妨げられます。

他の充電器も逆極性と短絡保護を備えていますが、その原理は前述の設計とは異なります。低電圧回路は充電中のバッテリーから起動電圧を引き出し、ダイオード (逆極性保護) を組み込んでいます。電源が適切に起動されると、充電器は低電圧動作電力を供給します。このような充電器の制御チップは通常、TL494 に基づいており、2 つの 13007 高電圧トランジスタを駆動します。 LM324（オペアンプ4個）と組み合わせることで3段階充電を実現します。

220V AC は D1 ～ D4 を介して整流され、C5 によってフィルタされて、約 300V DC が生成されます。この電圧は C4 を充電し、TF1 の高電圧巻線、TF2 の一次巻線、および V2 を通る始動電流を形成します。 TF2 の帰還巻線は誘導電圧を生成し、V1 と V2 が交互に導通します。その結果、TF1の低電圧供給巻線に電圧が発生します。この電圧は D9 および D10 を介して整流され、C8 によってフィルタリングされ、TL494、LM324、V3、および V4 などのコンポーネントに電力を供給します。この段階では、出力電圧は比較的低いままです。アクティブ化すると、TL494 はピン 8 と 11 から交互にパルスを出力し、V3 と V4 を駆動します。これらのパルスは、TF2 フィードバック巻線を介して、V1 と V2 を励起します。これにより、V1 と V2 が自励発振から制御された動作に移行します。 TF2の出力巻線電圧が上昇します。この電圧は、R29、R26、および R27 にわたる分圧を介して TL494 のピン 1 (電圧フィードバック) にフィードバックされ、出力電圧を 41.2V に安定させます。 R30 は電流検出抵抗として機能し、充電中に電圧降下を生成します。この電圧は R11 および R12 を介して TL494 のピン 15 にフィードバックされ (電流フィードバック)、充電電流を約 1.8A に維持します。さらに、充電電流によって D20 の両端に電圧降下が発生し、この電圧降下が R42 を介して LM324 のピン 3 に伝わります。これにより、ピン 2 が高電圧を出力して充電インジケータが点灯し、ピン 7 が低電圧を出力してフロート充電インジケータが消灯します。充電器は定電流充電フェーズに入ります。さらに、ピン 7 の低電圧により D19 のアノード電圧が引き下げられます。これにより、TL494 のピン 1 の電圧が低下し、充電器の最大出力電圧が 44.8V に達します。バッテリ電圧が 44.8V に上昇すると、定電圧フェーズが始まります。

充電電流が 0.3A ～ 0.4A に低下すると、LM324 のピン 3 の電圧が低下します。ピン 1 は低電圧を出力し、充電インジケーターが消えます。同時に、ピン 7 が高電圧を出力し、フロート充電インジケーターが点灯します。さらに、ピン 7 の高電圧により D19 のアノード電圧が上昇します。これにより、TL494 のピン 1 の電圧が上昇し、充電器の出力電圧が 41.2V に低下します。充電器はフロート充電モードに入ります。

例:

充電器。電源を接続しても、充電器は何の反応も示しません。ただし、蓄積コンデンサは電荷を保持します。ここですぐに排出しないと、驚くべき衝撃が伝わり、かなりの不快感を引き起こす可能性があります。

まず、13007 が機能しているかどうかを確認します。 2 つのトランジスタ間の中間点電圧を測定します。 150V と表示されている場合、問題は 68μF/400V コンデンサと主変圧器回路の間にあります。 150V でない場合は、2 つの 240K 起動抵抗のうちの 1 つが故障しています。後者のシナリオの方が一般的です。 3842 回路の場合、起動抵抗は通常、無限大のインピーダンスになります。 2 つの 2.2 オーム抵抗もチェックする必要があります。