หลักการและการบำรุงรักษาเครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า

เครื่องชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปสามารถแบ่งออกกว้างๆ ได้เป็น 2 ประเภทตามโครงสร้างของวงจร ประเภทแรกใช้แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งแบบทรานซิสเตอร์ตัวเดียวที่ขับเคลื่อนโดย UC3842 เพื่อควบคุมทรานซิสเตอร์แบบฟิลด์เอฟเฟกต์ โดยใช้เครื่องขยายสัญญาณการทำงานแบบคู่ LM358 เพื่อใช้วิธีการชาร์จแบบสามขั้นตอน ไฟ AC 220V ถูกกรองและระงับสัญญาณรบกวนผ่านตัวกรองสองทิศทาง T0 ซึ่งแก้ไขโดย D1 ให้เป็น DC แบบพัลซิ่ง จากนั้นกรองผ่าน C11 เพื่อสร้างเอาต์พุต DC ที่เสถียรที่ประมาณ 300V U1 เป็นวงจรรวมการมอดูเลตความกว้างพัลส์ TL3842 พิน 5 ทำหน้าที่เป็นขั้วลบของแหล่งจ่ายไฟ พิน 7 เป็นขั้วบวก และพิน 6 จะส่งสัญญาณพัลส์เอาท์พุตโดยตรงในการขับเคลื่อนทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนาม Q1 (K1358) Pin 3 ควบคุมการจำกัดกระแสสูงสุด การปรับความต้านทานของ R25 (2.5 โอห์ม) จะปรับเปลี่ยนกระแสสูงสุดของเครื่องชาร์จ พิน 2 ให้การตอบสนองแรงดันไฟฟ้า ทำให้สามารถปรับแรงดันเอาต์พุตของเครื่องชาร์จได้ พิน 4 เชื่อมต่อกับตัวต้านทานการสั่นภายนอก R1 และตัวเก็บประจุการสั่น C1 T1 เป็นหม้อแปลงพัลส์ความถี่สูง ซึ่งทำหน้าที่สามอย่าง ประการแรก มันจะลดระดับพัลส์ไฟฟ้าแรงสูงลงเป็นพัลส์แรงดันต่ำ; ประการที่สองจะแยกไฟฟ้าแรงสูงเพื่อป้องกันไฟฟ้าช็อต ประการที่สาม จ่ายพลังงานการดำเนินงานให้กับ UC3842 D4 คือไดโอดเรียงกระแสความถี่สูง (16A 60V), C10 คือตัวเก็บประจุตัวกรองแรงดันต่ำ, D5 คือซีเนอร์ไดโอด 12V และ U3 (TL431) เป็นแหล่งแรงดันอ้างอิงที่มีความแม่นยำ เมื่อใช้ร่วมกับ U2 (ออปโตคัปเปลอร์ 4N35) จะทำให้สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตของเครื่องชาร์จได้โดยอัตโนมัติ การปรับ W2 (ตัวต้านทานแบบทริมเมอร์) ช่วยให้สามารถปรับแรงดันไฟฟ้าของเครื่องชาร์จได้อย่างละเอียด D10 คือ LED แสดงสถานะพลังงาน D6 คือไฟ LED แสดงสถานะการชาร์จ R27 คือตัวต้านทานการตรวจจับกระแส (0.1Ω, 5W) การเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานของ W1 จะปรับกระแสเกณฑ์การเปลี่ยนประจุแบบลอยตัวของเครื่องชาร์จ (200–300mA)

เมื่อเปิดเครื่อง จะมีกระแสไฟประมาณ 300V ทั่วทั้ง C11 แรงดันไฟฟ้าสาขาหนึ่งใช้กับ Q1 ผ่าน T1 สาขาที่สองไปถึงพิน 7 ของ U1 ผ่าน R5, C8 และ C3 บังคับให้ U1 เปิดใช้งาน Pin 6 ของ U1 ส่งสัญญาณพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยม, เปิดใช้งาน Q1 กระแสไหลผ่าน R25 ลงกราวด์ ขณะเดียวกัน ขดลวดทุติยภูมิของ T1 จะสร้างแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งจ่ายพลังงานที่เชื่อถือได้ให้กับ U1 ผ่าน D3 และ R12 แรงดันไฟฟ้าจากขดลวดปฐมภูมิของ T1 ได้รับการแก้ไขและกรองผ่าน D4 และ C10 เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่เสถียร แรงดันไฟฟ้าสาขาหนึ่งผ่านทาง D7 (ซึ่งป้องกันกระแสย้อนกลับไหลจากแบตเตอรี่กลับไปยังเครื่องชาร์จ) จะชาร์จแบตเตอรี่ สาขาที่สองจ่ายไฟ 12V ให้กับ LM358 (เครื่องขยายสัญญาณการทำงานแบบคู่, พิน 1 เป็นกราวด์ไฟฟ้า, พิน 8 เป็นพลังงานบวก) และวงจรต่อพ่วงผ่านทาง R14, D5 และ C9 D9 ให้แรงดันอ้างอิงสำหรับ LM358 ซึ่งหารด้วย R26 และ R4 เพื่อไปถึงพิน 2 และ 5 ของ LM358 ในระหว่างการชาร์จปกติ แรงดันไฟฟ้าประมาณ 0.15–0.18V จะปรากฏทั่วขั้วต่อด้านบนของ R27 แรงดันไฟฟ้านี้ใช้กับพิน 3 ของ LM358 ผ่าน R17 ทำให้เกิดไฟฟ้าแรงสูงเอาต์พุตจากพิน 1 แรงดันไฟฟ้าสาขาหนึ่งผ่าน R18 บังคับให้ Q2 ดำเนินการและให้แสงสว่าง D6 (LED สีแดง) ในขณะที่อีกสาขาหนึ่งฉีดเข้าไปในพิน 6 และ 7 ของ LM358 ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าต่ำซึ่งบังคับให้ Q3 ปิด D10 (ไฟ LED สีเขียว) ดับลง และอุปกรณ์ชาร์จจะเข้าสู่เฟสการชาร์จกระแสคงที่ เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 44.2V เครื่องชาร์จจะเปลี่ยนเป็นเฟสการชาร์จด้วยแรงดันคงที่ โดยคงแรงดันเอาต์พุตไว้ที่ประมาณ 44.2V ในขณะที่กระแสการชาร์จจะค่อยๆ ลดลง เมื่อกระแสไฟชาร์จลดลงเหลือ 200mA–300mA แรงดันไฟฟ้าคร่อม R27 จะลดลง แรงดันไฟฟ้าที่พิน 3 ของ LM358 ลดลงต่ำกว่าที่พิน 2 ทำให้พิน 1 ส่งสัญญาณแรงดันต่ำ Q2 ดับลงและ D6 ดับลง พร้อมกัน พิน 7 จะส่งสัญญาณไฟฟ้าแรงสูงออกมา แรงดันไฟฟ้านี้เปิดใช้งาน Q3 ผ่านเส้นทางเดียว ทำให้ D10 สว่างขึ้น อีกเส้นทางหนึ่งเดินทางผ่าน D8 และ W1 ไปยังวงจรป้อนกลับ ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าลดลง เครื่องชาร์จจะเข้าสู่ขั้นตอนการชาร์จแบบหยด การชาร์จจะสิ้นสุดลงหลังจากผ่านไป 1-2 ชั่วโมง

ข้อผิดพลาดทั่วไปในเครื่องชาร์จแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก: 1: ข้อผิดพลาดของแรงดันไฟฟ้าสูง 2: ข้อผิดพลาดของแรงดันไฟฟ้าต่ำ 3: ข้อผิดพลาดที่ส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าทั้งสูงและต่ำ อาการหลักของไฟฟ้าแรงสูงผิดปกติคือไฟแสดงสถานะไม่สว่าง ตัวบ่งชี้ลักษณะเฉพาะประกอบด้วย: - ฟิวส์ขาด - การพังทลายของเร็กติไฟเออร์ไดโอด D1 - การโป่งหรือแตกของตัวเก็บประจุ C11 - การพังทลายของทรานซิสเตอร์ Q1 - วงจรเปิดในตัวต้านทาน R25 การลัดวงจรระหว่างพิน 7 ของ U1 กับกราวด์ เปิดวงจรใน R5 ส่งผลให้ไม่มีแรงดันไฟฟ้าสตาร์ทอัพสำหรับ U1 การเปลี่ยนส่วนประกอบเหล่านี้ควรแก้ไขปัญหาได้ หากพิน 7 ของ U1 แสดงมากกว่า 11V และพิน 8 แสดง 5V แสดงว่า U1 นั้นใช้งานได้จริง การทดสอบโฟกัสควรมุ่งไปที่การตรวจสอบข้อต่อบัดกรีเย็นบนหมุดของ Q1 และ T1 หาก Q1 พังซ้ำๆ โดยไม่เกิดความร้อนสูงเกินไป โดยทั่วไปจะบ่งชี้ถึงความล้มเหลวของ D2 หรือ C4 หาก Q1 พังในขณะที่มีความร้อนสูงเกินไป โดยทั่วไปจะหมายถึงการรั่วไหลหรือการลัดวงจรในส่วนแรงดันไฟฟ้าต่ำ กระแสไฟฟ้ามากเกินไป หรือรูปคลื่นพัลส์ผิดปกติที่พิน 6 ของ UC3842 สิ่งนี้ทำให้เกิดการสูญเสียการสวิตชิ่งและการสร้างความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในไตรมาสที่ 1 ซึ่งนำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปและความเหนื่อยหน่าย อาการอื่นๆ ของข้อผิดพลาดไฟฟ้าแรงสูง ได้แก่ ไฟแสดงสถานะกะพริบ แรงดันเอาต์พุตต่ำและไม่เสถียร โดยทั่วไปมีสาเหตุมาจากการบัดกรีที่พินของ T1 ไม่ดี วงจรเปิดใน D3 หรือ R12 หรือการขาดกำลังในการทำงานของ TL3842 และวงจรต่อพ่วง ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าสูงที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนักจะแสดงว่ามีแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตสูงเกิน 120V ซึ่งมักเกิดจากความล้มเหลวของ U2, วงจรเปิดใน R13 หรือการพังทลายของ U3 ซึ่งทำให้แรงดันไฟฟ้าลดลงที่พิน 2 ของ U1 และทำให้พิน 6 เอาท์พุตพัลส์กว้างเกินไป ต้องหลีกเลี่ยงการทำงานเป็นเวลานานภายใต้สภาวะเหล่านี้ เนื่องจากจะทำให้วงจรไฟฟ้าแรงต่ำเสียหายอย่างรุนแรง

ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าต่ำส่วนใหญ่เกิดจากการเชื่อมต่อขั้วกลับระหว่างเครื่องชาร์จและขั้วแบตเตอรี่ ส่งผลให้ R27 ไหม้และ LM358 พัง อาการต่างๆ ได้แก่ ไฟสัญญาณสีแดงติดต่อเนื่อง ไฟสัญญาณสีเขียวไม่สว่าง แรงดันไฟเอาท์พุตต่ำ หรือแรงดันไฟเอาท์พุตเข้าใกล้ 0V การเปลี่ยนส่วนประกอบที่กล่าวมาข้างต้นจะช่วยแก้ไขปัญหาได้ นอกจากนี้ แรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตเคลื่อนไปเนื่องจากการสั่นของ W2 อาจเกิดขึ้นได้ หากแรงดันไฟขาออกสูงเกินไป แบตเตอรี่อาจมีประจุมากเกินไป ทำให้เกิดภาวะขาดน้ำอย่างรุนแรง ร้อนเกินไป และระบายความร้อนออกไปในที่สุด ทำให้เกิดการระเบิด ในทางกลับกัน แรงดันไฟขาออกที่ต่ำเกินไปจะส่งผลให้การชาร์จต่ำเกินไป

เมื่อเกิดข้อผิดพลาดในวงจรไฟฟ้าแรงสูงและแรงต่ำ ให้ดำเนินการตรวจสอบไดโอด ทรานซิสเตอร์ ออปโตคัปเปลอร์ (4N35) ทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์ ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า วงจรรวม และตัวต้านทาน R25, R5, R12, R27 ทั้งหมด โดยเฉพาะ D4 (ไดโอดฟื้นตัวเร็ว 16A 60V) และ C10 (63V 470μF) ก่อนที่จะเปิดเครื่อง หลีกเลี่ยงการจ่ายไฟแบบสุ่มสี่สุ่มห้า ซึ่งอาจขยายขอบเขตความผิดเพิ่มเติม เครื่องชาร์จบางรุ่นมีการกลับขั้วและการป้องกันการลัดวงจรที่เอาท์พุต สิ่งนี้จะเพิ่มรีเลย์ให้กับวงจรเอาท์พุตเป็นหลัก ในระหว่างขั้วกลับขั้วหรือไฟฟ้าลัดวงจร รีเลย์จะไม่ทำงาน ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าออกจากเครื่องชาร์จไม่ได้

เครื่องชาร์จอื่นๆ ยังมีคุณสมบัติการกลับขั้วและการป้องกันการลัดวงจร แม้ว่าหลักการจะแตกต่างจากการออกแบบที่กล่าวมาข้างต้นก็ตาม วงจรแรงดันไฟฟ้าต่ำจะดึงแรงดันไฟฟ้าเริ่มต้นจากแบตเตอรี่ที่กำลังชาร์จและรวมเอาไดโอด (การป้องกันขั้วย้อนกลับ) เมื่อเปิดใช้งานแหล่งจ่ายไฟอย่างถูกต้องแล้ว เครื่องชาร์จจะจ่ายพลังงานการทำงานที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำ ชิปควบคุมในเครื่องชาร์จดังกล่าวโดยทั่วไปจะใช้ TL494 ซึ่งขับเคลื่อนทรานซิสเตอร์ไฟฟ้าแรงสูง 13007 สองตัว เมื่อใช้ร่วมกับ LM324 (เครื่องขยายสัญญาณการทำงานสี่ตัว) ทำให้สามารถชาร์จได้สามขั้นตอน

ไฟฟ้ากระแสสลับ 220V ถูกแก้ไขผ่าน D1-D4 และกรองด้วย C5 เพื่อให้ได้กระแสไฟประมาณ 300V DC แรงดันไฟฟ้านี้ชาร์จ C4 โดยสร้างกระแสเริ่มต้นผ่านขดลวดไฟฟ้าแรงสูงของ TF1, ขดลวดปฐมภูมิของ TF2 และ V2 ขดลวดป้อนกลับของ TF2 จะสร้างแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ส่งผลให้ V1 และ V2 ดำเนินการสลับกัน ดังนั้นจึงเกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้นในขดลวดจ่ายแรงดันต่ำของ TF1 แรงดันไฟฟ้านี้ได้รับการแก้ไขผ่าน D9 และ D10 กรองด้วย C8 และจ่ายพลังงานให้กับส่วนประกอบต่างๆ เช่น TL494, LM324, V3 และ V4 ในขั้นตอนนี้ แรงดันไฟขาออกยังคงค่อนข้างต่ำ เมื่อเปิดใช้งาน TL494 จะสลับเอาต์พุตพัลส์จากพิน 8 และ 11 โดยขับ V3 และ V4 พัลส์เหล่านี้ผ่านการป้อนกลับของ TF2, กระตุ้น V1 และ V2 สิ่งนี้จะเปลี่ยน V1 และ V2 จากการสั่นในตัวไปเป็นการทำงานแบบควบคุม แรงดันเอาต์พุตของขดลวดเอาต์พุตของ TF2 เพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้านี้จะถูกป้อนกลับไปที่พิน 1 ของ TL494 (การป้อนกลับแรงดันไฟฟ้า) ผ่านการแบ่งแรงดันไฟฟ้าทั่ว R29, R26 และ R27 เพื่อรักษาเสถียรภาพของแรงดันเอาต์พุตที่ 41.2V R30 ทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานการรับรู้กระแสไฟฟ้า ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตกระหว่างการชาร์จ แรงดันไฟฟ้านี้จะถูกป้อนกลับผ่าน R11 และ R12 ไปยังพิน 15 ของ TL494 (กระแสตอบรับ) โดยคงกระแสการชาร์จไว้ที่ประมาณ 1.8A นอกจากนี้ กระแสไฟชาร์จยังสร้างแรงดันตกคร่อม D20 ซึ่งดำเนินการผ่าน R42 เพื่อพิน 3 ของ LM324 ซึ่งจะทำให้พิน 2 เอาท์พุตแรงดันไฟฟ้าสูง โดยจะส่องสว่างสัญญาณแสดงการชาร์จ ในขณะที่พิน 7 จะส่งเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าต่ำ เพื่อดับไฟแสดงการชาร์จแบบลอย เครื่องชาร์จเข้าสู่เฟสการชาร์จกระแสคงที่ นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าต่ำที่พิน 7 จะดึงแรงดันแอโนดของ D19 ลง ซึ่งจะช่วยลดแรงดันไฟฟ้าที่พิน 1 ของ TL494 ส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตสูงสุดของเครื่องชาร์จสูงถึง 44.8V เมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นเป็น 44.8V เฟสแรงดันคงที่จะเริ่มขึ้น

เมื่อกระแสไฟชาร์จลดลงเหลือ 0.3A–0.4A แรงดันไฟฟ้าที่พิน 3 ของ LM324 จะลดลง พิน 1 ส่งสัญญาณแรงดันต่ำเพื่อดับไฟแสดงการชาร์จ พร้อมกัน พิน 7 จะส่งสัญญาณไฟฟ้าแรงสูงออกมา โดยจะส่องสว่างตัวบ่งชี้การชาร์จแบบลอยตัว นอกจากนี้ไฟฟ้าแรงสูงที่พิน 7 จะทำให้แรงดันแอโนดของ D19 เพิ่มขึ้น ซึ่งจะเป็นการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่พิน 1 ของ TL494 ส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตของเครื่องชาร์จลดลงเป็น 41.2V เครื่องชาร์จเข้าสู่โหมดการชาร์จแบบลอยตัว

ตัวอย่าง:

ที่ชาร์จ. เมื่อเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟแล้ว เครื่องชาร์จจะไม่ตอบสนองใดๆ เลย อย่างไรก็ตามตัวเก็บประจุจะคงประจุไว้ หากไม่รีบออกจากที่นี่ทันที อาจทำให้เกิดการกระแทกที่น่าตกใจ ทำให้เกิดอาการไม่สบายอย่างมาก

ตรวจสอบให้แน่ใจก่อนว่า 13007 ใช้งานได้หรือไม่ วัดแรงดันไฟฟ้าจุดกึ่งกลางระหว่างทรานซิสเตอร์สองตัว หากอ่านค่าได้ 150V แสดงว่าปัญหาอยู่ระหว่างตัวเก็บประจุ 68μF/400V และวงจรหม้อแปลงหลัก หากไม่ใช่ 150V แสดงว่าตัวต้านทานสตาร์ทอัพ 240K หนึ่งในสองตัวนั้นผิดปกติ สถานการณ์หลังเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น สำหรับวงจร 3842 ตัวต้านทานสตาร์ทอัพมักจะกลายเป็นอิมพีแดนซ์แบบอนันต์ ควรตรวจสอบตัวต้านทาน 2.2 โอห์มสองตัวด้วย