Princípios e Manutenção de Carregadores de Veículos Elétricos

Carregadores comuns de veículos elétricos podem ser amplamente categorizados em dois tipos com base na estrutura do circuito. O primeiro tipo emprega uma fonte de alimentação chaveada de transistor único acionada pelo UC3842 para controlar um transistor de efeito de campo, utilizando um amplificador operacional duplo LM358 para implementar um método de carregamento de três estágios. A alimentação de 220 Vca é filtrada e a interferência suprimida por meio do filtro bidirecional T0, retificada por D1 em CC pulsante e, em seguida, filtrada por C11 para produzir uma saída CC estável de aproximadamente 300 V. U1 é um circuito integrado de modulação por largura de pulso TL3842. O pino 5 serve como terminal negativo da fonte de alimentação, o pino 7 como terminal positivo e o pino 6 emite pulsos que acionam diretamente o transistor de efeito de campo Q1 (K1358). O pino 3 controla a limitação máxima de corrente; ajustar a resistência de R25 (2,5 ohms) modifica a corrente máxima do carregador. O pino 2 fornece feedback de tensão, permitindo o ajuste da tensão de saída do carregador. O pino 4 se conecta ao resistor de oscilação externo R1 e ao capacitor de oscilação C1. T1 é o transformador de pulso de alta frequência, servindo três funções: primeiro, reduz os pulsos de alta tensão para pulsos de baixa tensão; em segundo lugar, isola a alta tensão para evitar choque elétrico; Em terceiro lugar, fornece energia operacional ao UC3842. D4 é o diodo retificador de alta frequência (16A 60V), C10 é o capacitor de filtro de baixa tensão, D5 é o diodo zener de 12V e U3 (TL431) é a fonte de tensão de referência de precisão. Juntamente com o U2 (optoacoplador 4N35), permite a regulação automática da tensão de saída do carregador. O ajuste de W2 (resistor de ajuste) permite o ajuste fino da tensão do carregador. D10 é o LED indicador de energia. D6 é o LED indicador de carga. R27 é o resistor de detecção de corrente (0,1Ω, 5W). Alterar o valor da resistência de W1 ajusta a corrente limite de transição de carga flutuante do carregador (200–300mA).

Após a inicialização, aproximadamente 300 V estão presentes em C11. Um ramo desta tensão é aplicado a Q1 via T1. O segundo ramo atinge o pino 7 de U1 via R5, C8 e C3, forçando a ativação de U1. O pino 6 de U1 emite pulsos de onda quadrada, ativando Q1. A corrente flui através do R25 para o terra. Simultaneamente, o enrolamento secundário de T1 gera uma tensão induzida, que, via D3 e R12, fornece uma fonte de alimentação confiável para U1. A tensão do enrolamento primário de T1 é retificada e filtrada através de D4 e C10 para produzir uma tensão estável. Um ramo desta tensão, via D7 (que impede o fluxo de corrente reversa da bateria de volta para o carregador), carrega a bateria. O segundo ramal fornece 12V ao LM358 (amplificador operacional duplo, o pino 1 sendo o terra de alimentação, o pino 8 sendo a alimentação positiva) e seus circuitos periféricos via R14, D5 e C9. D9 fornece a tensão de referência para o LM358, que é dividida por R26 e R4 para atingir os pinos 2 e 5 do LM358. Durante o carregamento normal, uma tensão de aproximadamente 0,15–0,18 V aparece no terminal superior do R27. Esta tensão é aplicada ao pino 3 do LM358 via R17, fazendo com que uma alta tensão seja emitida pelo pino 1. Um ramo desta tensão passa por R18, forçando Q2 a conduzir e iluminando D6 (LED vermelho). enquanto outro ramal injeta nos pinos 6 e 7 do LM358, emitindo uma baixa tensão que força o desligamento do Q3. D10 (LED verde) apaga e o carregador entra na fase de carregamento de corrente constante. Quando a tensão da bateria sobe para aproximadamente 44,2 V, o carregador passa para a fase de carregamento de tensão constante, mantendo uma tensão de saída em torno de 44,2 V enquanto a corrente de carga diminui gradualmente. Quando a corrente de carga reduz para 200mA–300mA, a tensão em R27 diminui. A tensão no pino 3 do LM358 cai abaixo daquela no pino 2, fazendo com que o pino 1 produza uma tensão baixa. Q2 desliga e D6 apaga. Simultaneamente, o pino 7 emite uma alta tensão. Esta tensão ativa Q3 através de um caminho, fazendo com que D10 acenda. Outro caminho passa por D8 e W1 até o circuito de feedback, fazendo com que a tensão diminua. O carregador entra então na fase de carregamento lento. O carregamento termina após 1–2 horas.

As falhas comuns em carregadores se enquadram em três categorias principais: 1: Falhas de alta tensão 2: Falhas de baixa tensão 3: Falhas que afetam altas e baixas tensões. O principal sintoma de uma falha de alta tensão é a luz indicadora que não acende. Os indicadores característicos incluem: - Fusível queimado - Quebra do diodo retificador D1 - Abaulamento ou ruptura do capacitor C11 - Quebra do transistor Q1 - Circuito aberto no resistor R25 Curto-circuito entre o pino 7 de U1 e o terra. Circuito aberto em R5, resultando em ausência de tensão de inicialização para U1. A substituição desses componentes deve resolver o problema. Se o pino 7 de U1 mostrar mais de 11 V e o pino 8 mostrar 5 V, U1 está essencialmente funcional. O teste de foco deve ser direcionado à verificação de juntas de solda fria nos pinos de Q1 e T1. Se Q1 quebrar repetidamente sem superaquecer, isso normalmente indica falha de D2 ou C4. Se Q1 quebrar durante o superaquecimento, isso geralmente significa vazamento ou curto-circuito na seção de baixa tensão, corrente excessiva ou forma de onda de pulso anormal no pino 6 do UC3842. Isso causa um aumento significativo nas perdas de comutação e na geração de calor no Q1, levando ao seu superaquecimento e queima. Outras manifestações de falhas de alta tensão incluem luz indicadora piscando, tensão de saída baixa e instável. Normalmente, isso é causado por soldagem deficiente nos pinos T1, circuitos abertos em D3 ou R12 ou falta de energia operacional para o TL3842 e seus circuitos periféricos. Uma falha rara de alta tensão se manifesta como uma tensão de saída excessivamente alta, superior a 120 V. Isso geralmente é causado por falha do U2, um circuito aberto no R13 ou quebra do U3, que reduz a tensão no pino 2 do U1 e faz com que o pino 6 emita pulsos excessivamente largos. A operação prolongada sob estas condições deve ser evitada, pois danificará gravemente o circuito de baixa tensão.

A maioria das falhas de baixa tensão resulta da conexão de polaridade reversa entre os terminais do carregador e da bateria, causando a queima do R27 e a quebra do LM358. Os sintomas incluem um indicador vermelho continuamente aceso, um indicador verde apagado, baixa tensão de saída ou tensão de saída próxima de 0V. A substituição dos componentes acima mencionados resolverá o problema. Além disso, pode ocorrer desvio da tensão de saída devido à oscilação W2. Se a tensão de saída for excessivamente alta, a bateria poderá sobrecarregar, causando desidratação grave, superaquecimento e, por fim, fuga térmica, causando uma explosão. Por outro lado, uma tensão de saída excessivamente baixa resultará em subcarga.

Quando ocorrerem falhas em circuitos de alta e baixa tensão, realize uma inspeção abrangente de todos os diodos, transistores, optoacopladores (4N35), transistores de efeito de campo, capacitores eletrolíticos, circuitos integrados e resistores R25, R5, R12, R27 - particularmente D4 (diodo de recuperação rápida 16A 60V) e C10 (63V 470μF) - antes de ligar. Evite aplicar energia cegamente, o que pode expandir ainda mais o escopo da falha. Alguns carregadores incorporam polaridade reversa e proteção contra curto-circuito no estágio de saída. Basicamente, isso adiciona um relé ao circuito de saída; durante polaridade reversa ou condições de curto-circuito, o relé não funciona, impedindo a saída de tensão do carregador.

Outros carregadores também apresentam polaridade reversa e proteção contra curto-circuito, embora seu princípio seja diferente do design mencionado acima. Seu circuito de baixa tensão retira a tensão de inicialização da bateria que está sendo carregada e incorpora um diodo (proteção contra polaridade reversa). Assim que a fonte de alimentação estiver devidamente ativada, o carregador fornecerá a energia operacional de baixa tensão. O chip de controle nesses carregadores é normalmente baseado no TL494, acionando dois transistores 13007 de alta tensão. Combinado com o LM324 (quatro amplificadores operacionais), obtém-se um carregamento em três estágios.

Os 220 Vca são retificados via D1-D4 e filtrados por C5 para produzir aproximadamente 300 Vcc. Esta tensão carrega C4, formando a corrente de partida através do enrolamento de alta tensão do TF1, do enrolamento primário do TF2 e de V2. O enrolamento de realimentação do TF2 gera uma tensão induzida, fazendo com que V1 e V2 conduzam alternadamente. Consequentemente, uma tensão é produzida no enrolamento de alimentação de baixa tensão do TF1. Esta tensão é retificada via D9 e D10, filtrada por C8 e fornece energia para componentes como TL494, LM324, V3 e V4. Nesta fase, a tensão de saída permanece relativamente baixa. Após a ativação, o TL494 emite pulsos alternadamente dos pinos 8 e 11, acionando V3 e V4. Esses pulsos, através do enrolamento de realimentação TF2, excitam V1 e V2. Isso faz a transição de V1 e V2 de operação auto-oscilante para operação controlada. A tensão do enrolamento de saída do TF2 aumenta. Esta tensão é realimentada ao pino 1 do TL494 (feedback de tensão) por meio da divisão de tensão entre R29, R26 e R27, estabilizando a tensão de saída em 41,2V. R30 serve como resistor de detecção de corrente, gerando uma queda de tensão durante o carregamento. Esta tensão é realimentada via R11 e R12 para o pino 15 do TL494 (feedback de corrente), mantendo a corrente de carga em aproximadamente 1,8A. Além disso, a corrente de carga cria uma queda de tensão no D20, que é conduzida através do R42 até o pino 3 do LM324. Isso faz com que o pino 2 emita uma alta tensão, iluminando o indicador de carga, enquanto o pino 7 emite uma tensão baixa, extinguindo o indicador de carga flutuante. O carregador entra na fase de carregamento de corrente constante. Além disso, a baixa tensão no pino 7 reduz a tensão do ânodo de D19. Isso reduz a tensão no pino 1 do TL494, fazendo com que a tensão máxima de saída do carregador atinja 44,8V. Quando a tensão da bateria sobe para 44,8 V, a fase de tensão constante começa.

Quando a corrente de carga cai para 0,3A–0,4A, a tensão no pino 3 do LM324 diminui. O pino 1 emite uma tensão baixa, apagando o indicador de carga. Simultaneamente, o pino 7 emite uma alta tensão, iluminando o indicador de carga flutuante. Além disso, a alta tensão no pino 7 aumenta a tensão anódica de D19. Isso aumenta a tensão no pino 1 do TL494, fazendo com que a tensão de saída do carregador diminua para 41,2V. O carregador entra no modo de carga flutuante.

Exemplo:

Carregador. Ao conectar a fonte de alimentação, o carregador não apresenta nenhuma resposta. No entanto, o capacitor de armazenamento retém carga. Se não for descarregado imediatamente aqui, pode causar um choque surpreendente, causando desconforto considerável.

Primeiro verifique se o 13007 está funcional. Meça a tensão do ponto médio entre os dois transistores; se indicar 150 V, o problema está entre o capacitor de 68 μF/400 V e o circuito principal do transformador. Se não for 150V, um dos dois resistores de inicialização de 240K está com defeito. O último cenário é mais comum. Para circuitos 3842, o resistor de inicialização normalmente se torna uma impedância infinita; os dois resistores de 2,2 ohm também devem ser verificados.