Principios y mantenimiento de los cargadores de vehículos eléctricos

Los cargadores de vehículos eléctricos comunes se pueden clasificar en términos generales en dos tipos según la estructura del circuito. El primer tipo emplea una fuente de alimentación conmutada de un solo transistor impulsada por el UC3842 para controlar un transistor de efecto de campo, utilizando un amplificador operacional dual LM358 para implementar un método de carga de tres etapas. La alimentación de CA de 220 V se filtra y se suprimen las interferencias a través del filtro bidireccional T0, se rectifica mediante D1 en CC pulsante y luego se filtra a través de C11 para producir una salida de CC estable de aproximadamente 300 V. U1 es un circuito integrado de modulación de ancho de pulso TL3842. El pin 5 sirve como terminal negativo de la fuente de alimentación, el pin 7 como terminal positivo y el pin 6 emite pulsos que impulsan directamente el transistor de efecto de campo Q1 (K1358). El pin 3 controla la limitación de corriente máxima; ajustar la resistencia de R25 (2,5 ohmios) modifica la corriente máxima del cargador. El pin 2 proporciona retroalimentación de voltaje, lo que permite ajustar el voltaje de salida del cargador. El pin 4 se conecta a la resistencia de oscilación externa R1 y al condensador de oscilación C1. T1 es el transformador de pulsos de alta frecuencia que cumple tres funciones: en primer lugar, reduce los pulsos de alto voltaje a pulsos de bajo voltaje; en segundo lugar, aísla el alto voltaje para evitar descargas eléctricas; en tercer lugar, suministra energía operativa al UC3842. D4 es el diodo rectificador de alta frecuencia (16A 60V), C10 es el condensador de filtro de bajo voltaje, D5 es el diodo zener de 12V y U3 (TL431) es la fuente de voltaje de referencia de precisión. Junto con el U2 (optoacoplador 4N35), permite la regulación automática de la tensión de salida del cargador. El ajuste de W2 (resistencia de recorte) permite ajustar con precisión el voltaje del cargador. D10 es el LED indicador de potencia. D6 es el LED indicador de carga. R27 es la resistencia de detección de corriente (0,1 Ω, 5 W). Al alterar el valor de resistencia de W1 se ajusta la corriente umbral de transición de carga flotante del cargador (200–300 mA).

Al encenderse, hay aproximadamente 300 V en C11. Una rama de este voltaje se aplica a Q1 a través de T1. La segunda rama llega al pin 7 de U1 a través de R5, C8 y C3, lo que obliga a U1 a activarse. El pin 6 de U1 emite pulsos de onda cuadrada, activando Q1. La corriente fluye a través de R25 hacia tierra. Simultáneamente, el devanado secundario de T1 genera un voltaje inducido que, a través de D3 y R12, proporciona un suministro de energía confiable a U1. El voltaje del devanado primario de T1 se rectifica y se filtra a través de D4 y C10 para producir un voltaje estable. Una rama de este voltaje, a través de D7 (que evita el flujo de corriente inversa desde la batería de regreso al cargador), carga la batería. La segunda rama suministra 12 V al LM358 (amplificador operacional dual, siendo el pin 1 la alimentación a tierra y el pin 8 la alimentación positiva) y sus circuitos periféricos a través de R14, D5 y C9. D9 proporciona el voltaje de referencia para el LM358, que se divide por R26 y R4 para llegar a los pines 2 y 5 del LM358. Durante la carga normal, aparece un voltaje de aproximadamente 0,15–0,18 V en el terminal superior de R27. Este voltaje se aplica al pin 3 del LM358 a través de R17, lo que provoca que se emita un alto voltaje desde el pin 1. Una rama de este voltaje pasa a través de R18, obligando a Q2 a conducir e iluminar D6 (LED rojo), mientras que otra rama se inyecta en los pines 6 y 7 del LM358, generando un voltaje bajo que obliga a Q3 a apagarse. El D10 (LED verde) se apaga y el cargador entra en la fase de carga de corriente constante. Cuando el voltaje de la batería aumenta a aproximadamente 44,2 V, el cargador pasa a la fase de carga de voltaje constante, manteniendo un voltaje de salida de alrededor de 44,2 V mientras la corriente de carga disminuye gradualmente. Cuando la corriente de carga se reduce a 200 mA–300 mA, el voltaje a través de R27 disminuye. El voltaje en el pin 3 del LM358 cae por debajo del del pin 2, lo que hace que el pin 1 emita un voltaje bajo. Q2 se apaga y D6 se apaga. Simultáneamente, el pin 7 emite un alto voltaje. Este voltaje activa Q3 a través de una ruta, lo que hace que D10 se ilumine. Otra ruta viaja a través de D8 y W1 hasta el circuito de retroalimentación, lo que hace que el voltaje disminuya. Luego, el cargador entra en la fase de carga lenta. La carga concluye después de 1–2 horas.

Las fallas comunes en los cargadores se dividen en tres categorías principales: 1: Fallas de alto voltaje 2: Fallas de bajo voltaje 3: Fallas que afectan tanto a voltajes altos como bajos. El síntoma principal de una falla de alto voltaje es que la luz indicadora no se enciende. Los indicadores característicos incluyen: - Fusible quemado - Rotura del diodo rectificador D1 - Abultamiento o explosión del condensador C11 - Rotura del transistor Q1 - Circuito abierto en la resistencia R25 Cortocircuito entre el pin 7 de U1 y tierra. Circuito abierto en R5, lo que da como resultado que no haya voltaje de arranque para U1. Reemplazar estos componentes debería resolver el problema. Si el pin 7 de U1 muestra más de 11 V y el pin 8 muestra 5 V, U1 es esencialmente funcional. Las pruebas de enfoque deben estar dirigidas a verificar si hay uniones de soldadura en frío en los pines de Q1 y T1. Si Q1 se descompone repetidamente sin sobrecalentarse, esto generalmente indica una falla de D2 o C4. Si Q1 se descompone durante el sobrecalentamiento, esto generalmente significa fuga o cortocircuito en la sección de bajo voltaje, corriente excesiva o forma de onda de pulso anormal en el pin 6 del UC3842. Esto provoca un aumento significativo de las pérdidas de conmutación y de la generación de calor en el primer trimestre, lo que provoca su sobrecalentamiento y agotamiento. Otras manifestaciones de fallas de alto voltaje incluyen parpadeo de la luz indicadora y voltaje de salida bajo e inestable. Estos suelen deberse a una soldadura deficiente en los pines de T1, circuitos abiertos en D3 o R12 o falta de potencia operativa para el TL3842 y sus circuitos periféricos. Una rara falla de alto voltaje se manifiesta como un voltaje de salida excesivamente alto que excede los 120 V. Esto generalmente es causado por una falla de U2, un circuito abierto en R13 o una avería de U3, que reduce el voltaje en el pin 2 de U1 y hace que el pin 6 emita pulsos excesivamente amplios. Se debe evitar el funcionamiento prolongado en estas condiciones, ya que dañará gravemente los circuitos de bajo voltaje.

La mayoría de las fallas de bajo voltaje se deben a la conexión de polaridad inversa entre los terminales del cargador y la batería, lo que provoca que el R27 se queme y el LM358 se estropee. Los síntomas incluyen un indicador rojo encendido continuamente, un indicador verde apagado, un voltaje de salida bajo o un voltaje de salida cercano a 0 V. El reemplazo de los componentes antes mencionados resolverá el problema. Además, puede producirse una deriva del voltaje de salida debido a la oscilación W2. Si el voltaje de salida es excesivamente alto, la batería puede sobrecargarse, lo que provoca una deshidratación grave, sobrecalentamiento y, en última instancia, una fuga térmica que provoca una explosión. Por el contrario, un voltaje de salida excesivamente bajo provocará una carga insuficiente.

Cuando se produzcan fallas en circuitos de alto y bajo voltaje, realice una inspección exhaustiva de todos los diodos, transistores, optoacopladores (4N35), transistores de efecto de campo, condensadores electrolíticos, circuitos integrados y resistencias R25, R5, R12, R27—, particularmente D4 (diodo de recuperación rápida 16A 60V) y C10 (63V 470μF)—antes de encenderlo. Evite aplicar energía a ciegas, lo que puede ampliar aún más el alcance de la falla. Algunos cargadores incorporan polaridad inversa y protección contra cortocircuitos en la etapa de salida. Básicamente, esto agrega un relé al circuito de salida; durante condiciones de polaridad inversa o cortocircuito, el relé no funciona, lo que impide la salida de voltaje del cargador.

Otros cargadores también cuentan con polaridad inversa y protección contra cortocircuitos, aunque su principio difiere del diseño antes mencionado. Su circuito de bajo voltaje extrae su voltaje de arranque de la batería que se está cargando e incorpora un diodo (protección de polaridad inversa). Una vez que la fuente de alimentación está activada correctamente, el cargador suministra energía operativa de bajo voltaje. El chip de control de estos cargadores suele basarse en el TL494, que acciona dos transistores de alto voltaje 13007. Combinado con el LM324 (cuatro amplificadores operacionales), esto logra una carga en tres etapas.

La corriente alterna de 220 V se rectifica mediante D1-D4 y se filtra mediante C5 para obtener aproximadamente 300 V CC. Este voltaje carga C4 y forma la corriente de arranque a través del devanado de alto voltaje de TF1, el devanado primario de TF2 y V2. El devanado de retroalimentación de TF2 genera un voltaje inducido, lo que hace que V1 y V2 conduzcan alternativamente. En consecuencia, se produce un voltaje en el devanado de suministro de bajo voltaje de TF1. Este voltaje se rectifica a través de D9 y D10, se filtra por C8 y suministra energía a componentes como TL494, LM324, V3 y V4. En esta etapa, el voltaje de salida permanece relativamente bajo. Tras la activación, el TL494 emite alternativamente pulsos desde los pines 8 y 11, impulsando V3 y V4. Estos pulsos, a través del devanado de retroalimentación TF2, excitan V1 y V2. Esto hace que V1 y V2 pasen de funcionamiento autooscilante a funcionamiento controlado. El voltaje del devanado de salida de TF2 aumenta. Este voltaje se devuelve al pin 1 del TL494 (retroalimentación de voltaje) mediante división de voltaje a través de R29, R26 y R27, estabilizando el voltaje de salida a 41,2 V. R30 sirve como resistencia de detección de corriente, generando una caída de voltaje durante la carga. Este voltaje se devuelve a través de R11 y R12 al pin 15 del TL494 (retroalimentación de corriente), manteniendo la corriente de carga en aproximadamente 1,8 A. Además, la corriente de carga crea una caída de voltaje a través de D20, que se conduce a través de R42 hasta el pin 3 del LM324. Esto hace que el pin 2 emita un alto voltaje, iluminando el indicador de carga, mientras que el pin 7 emite un bajo voltaje, apagando el indicador de carga flotante. El cargador entra en la fase de carga de corriente constante. Además, el bajo voltaje en el pin 7 reduce el voltaje del ánodo de D19. Esto reduce el voltaje en el pin 1 del TL494, lo que hace que el voltaje de salida máximo del cargador alcance los 44,8 V. Cuando el voltaje de la batería aumenta a 44,8 V, comienza la fase de voltaje constante.

Cuando la corriente de carga cae a 0,3A–0,4A, el voltaje en el pin 3 del LM324 disminuye. El pin 1 emite un voltaje bajo, apagando el indicador de carga. Simultáneamente, el pin 7 emite un alto voltaje, iluminando el indicador de carga flotante. Además, el alto voltaje en el pin 7 eleva el voltaje del ánodo de D19. Esto aumenta el voltaje en el pin 1 del TL494, lo que hace que el voltaje de salida del cargador disminuya a 41,2 V. El cargador entra en modo de carga flotante.

Ejemplo:

Cargador. Al conectar la fuente de alimentación, el cargador no muestra respuesta alguna. Sin embargo, el condensador de almacenamiento retiene la carga. Si no se da de alta rápidamente aquí, puede provocar una sacudida sorprendente que cause una incomodidad considerable.

Primero verifique si el 13007 es funcional. Mida el voltaje del punto medio entre los dos transistores; si marca 150 V, el problema se encuentra entre el capacitor de 68 μF/400 V y el circuito del transformador principal. Si no es de 150 V, una de las dos resistencias de arranque de 240 K está defectuosa. Este último escenario es más común. Para circuitos 3842, la resistencia de arranque normalmente se convierte en una impedancia infinita; también se deben comprobar las dos resistencias de 2,2 ohmios.