Principes et entretien des chargeurs de véhicules électriques

Les chargeurs courants pour véhicules électriques peuvent être globalement classés en deux types en fonction de la structure du circuit. Le premier type utilise une alimentation à découpage à transistor unique pilotée par l'UC3842 pour contrôler un transistor à effet de champ, en utilisant un double amplificateur opérationnel LM358 pour mettre en œuvre une méthode de charge en trois étapes. L'alimentation 220 V CA est filtrée et les interférences supprimées via le filtre bidirectionnel T0, rectifiées par D1 en courant continu pulsé, puis filtrées via C11 pour produire une sortie CC stable d'environ 300 V. U1 est un circuit intégré à modulation de largeur d'impulsion TL3842. La broche 5 sert de borne négative de l'alimentation, la broche 7 de borne positive et la broche 6 produit des impulsions pilotant directement le transistor à effet de champ Q1 (K1358). La broche 3 contrôle la limitation de courant maximale ; le réglage de la résistance du R25 (2,5 ohms) modifie le courant maximum du chargeur. La broche 2 fournit un retour de tension, permettant le réglage de la tension de sortie du chargeur. La broche 4 se connecte à la résistance d'oscillation externe R1 et au condensateur d'oscillation C1. T1 est le transformateur d'impulsions haute fréquence, remplissant trois fonctions : premièrement, il réduit les impulsions haute tension en impulsions basse tension ; deuxièmement, il isole la haute tension pour éviter les chocs électriques ; Troisièmement, il fournit l'alimentation électrique à l'UC3842. D4 est la diode de redressement haute fréquence (16 A 60 V), C10 est le condensateur de filtre basse tension, D5 est la diode Zener 12 V et U3 (TL431) est la source de tension de référence de précision. Associé à U2 (optocoupleur 4N35), il permet une régulation automatique de la tension de sortie du chargeur. Le réglage de W2 (résistance de réglage) permet un réglage fin de la tension du chargeur. D10 est le voyant d'alimentation. D6 est le voyant indicateur de charge. R27 est la résistance de détection de courant (0,1Ω, 5W). La modification de la valeur de résistance de W1 ajuste le courant de seuil de transition de charge flottante du chargeur (200 à 300 mA).

À la mise sous tension, environ 300 V sont présents aux bornes de C11. Une branche de cette tension est appliquée à Q1 via T1. La deuxième branche atteint la broche 7 de U1 via R5, C8 et C3, forçant U1 à s'activer. La broche 6 de U1 produit des impulsions carrées, activant Q1. Le courant traverse R25 jusqu'à la terre. Simultanément, l'enroulement secondaire de T1 génère une tension induite qui, via D3 et R12, fournit une alimentation électrique fiable à U1. La tension de l'enroulement primaire de T1 est redressée et filtrée via D4 et C10 pour produire une tension stable. Une branche de cette tension, via D7 (qui empêche le flux de courant inverse de la batterie vers le chargeur), charge la batterie. La deuxième branche fournit 12 V au LM358 (double amplificateur opérationnel, la broche 1 étant la masse d'alimentation, la broche 8 étant la puissance positive) et ses circuits périphériques via R14, D5 et C9. D9 fournit la tension de référence pour le LM358, qui est divisée par R26 et R4 pour atteindre les broches 2 et 5 du LM358. Pendant une charge normale, une tension d'environ 0,15 à 0,18 V apparaît aux bornes de la borne supérieure de R27. Cette tension est appliquée à la broche 3 du LM358 via R17, provoquant la sortie d'une haute tension depuis la broche 1. Une branche de cette tension passe par R18, forçant Q2 à conduire et éclairant D6 (LED rouge). tandis qu'une autre branche injecte dans les broches 6 et 7 du LM358, produisant une basse tension qui force Q3 à s'éteindre. D10 (LED verte) s'éteint et le chargeur entre en phase de charge à courant constant. Lorsque la tension de la batterie atteint environ 44,2 V, le chargeur passe à la phase de charge à tension constante, maintenant une tension de sortie autour de 44,2 V tandis que le courant de charge diminue progressivement. Lorsque le courant de charge diminue entre 200 mA et 300 mA, la tension aux bornes de R27 diminue. La tension à la broche 3 du LM358 tombe en dessous de celle de la broche 2, ce qui amène la broche 1 à émettre une basse tension. Q2 s'éteint et D6 s'éteint. Simultanément, la broche 7 produit une haute tension. Cette tension active Q3 via un chemin, provoquant l'allumage de D10. Un autre chemin passe via D8 et W1 jusqu'au circuit de rétroaction, provoquant une diminution de la tension. Le chargeur entre alors en phase de charge d’entretien. La charge se termine après 1 à 2 heures.

Les défauts courants dans les chargeurs se répartissent en trois catégories principales : 1 : Défauts haute tension 2 : Défauts basse tension 3 : Défauts affectant à la fois les hautes et basses tensions. Le principal symptôme d’un défaut haute tension est que le voyant ne s’allume pas. Les indicateurs caractéristiques comprennent : - Fusible grillé - Panne de la diode de redressement D1 - Bombement ou éclatement du condensateur C11 - Panne du transistor Q1 - Circuit ouvert dans la résistance R25 Court-circuit entre la broche 7 de U1 et la masse. Circuit ouvert dans R5, entraînant une absence de tension de démarrage pour U1. Le remplacement de ces composants devrait résoudre le problème. Si la broche 7 de U1 affiche plus de 11 V et la broche 8 affiche 5 V, U1 est essentiellement fonctionnel. Les tests ciblés doivent viser à vérifier les joints de soudure à froid sur les broches de Q1 et T1. Si Q1 tombe en panne à plusieurs reprises sans surchauffe, cela indique généralement une défaillance de D2 ou C4. Si Q1 tombe en panne en raison d'une surchauffe, cela signifie généralement une fuite ou un court-circuit dans la section basse tension, un courant excessif ou une forme d'onde d'impulsion anormale au niveau de la broche 6 de l'UC3842. Cela entraîne une augmentation significative des pertes de commutation et de la génération de chaleur au premier trimestre, entraînant une surchauffe et un grillage. D'autres manifestations de défauts haute tension incluent le scintillement du voyant lumineux, une tension de sortie faible et instable. Ceux-ci sont généralement causés par une mauvaise soudure au niveau des broches de T1, des circuits ouverts dans D3 ou R12 ou un manque de puissance de fonctionnement du TL3842 et de ses circuits périphériques. Un défaut haute tension rare se manifeste par une tension de sortie excessivement élevée dépassant 120 V. Ceci est généralement dû à une défaillance de U2, à un circuit ouvert dans R13 ou à une panne de U3, ce qui fait baisser la tension à la broche 2 de U1 et amène la broche 6 à émettre des impulsions trop larges. Un fonctionnement prolongé dans ces conditions doit être évité, car cela endommagerait gravement les circuits basse tension.

La plupart des défauts de basse tension proviennent d'une connexion de polarité inversée entre le chargeur et les bornes de la batterie, provoquant la combustion du R27 et la panne du LM358. Les symptômes incluent un indicateur rouge allumé en permanence, un indicateur vert éteint, une tension de sortie faible ou une tension de sortie proche de 0 V. Le remplacement des composants susmentionnés résoudra le problème. De plus, une dérive de la tension de sortie due à l'oscillation W2 peut se produire. Si la tension de sortie est excessivement élevée, la batterie peut se surcharger, entraînant une déshydratation grave, une surchauffe et finalement un emballement thermique provoquant une explosion. A l’inverse, une tension de sortie trop basse entraînera une sous-charge.

Lorsque des défauts surviennent dans les circuits haute et basse tension, effectuez une inspection complète de toutes les diodes, transistors, optocoupleurs (4N35), transistors à effet de champ, condensateurs électrolytiques, circuits intégrés et résistances R25, R5, R12, R27, en particulier D4 (diode à récupération rapide 16 A 60 V) et C10 (63 V 470 μF) avant la mise sous tension. Évitez d'appliquer aveuglément de l'alimentation, ce qui pourrait élargir encore davantage la portée du défaut. Certains chargeurs intègrent une protection contre l'inversion de polarité et les courts-circuits à l'étage de sortie. Cela ajoute essentiellement un relais au circuit de sortie ; en cas d'inversion de polarité ou de court-circuit, le relais ne fonctionne pas, empêchant la sortie de tension du chargeur.

D'autres chargeurs disposent également d'une protection contre l'inversion de polarité et les courts-circuits, bien que leur principe diffère de la conception susmentionnée. Leur circuit basse tension tire sa tension de démarrage de la batterie en charge et intègre une diode (protection contre l'inversion de polarité). Une fois l'alimentation électrique correctement activée, le chargeur fournit alors l'énergie de fonctionnement basse tension. La puce de contrôle de ces chargeurs est généralement basée sur le TL494, pilotant deux transistors haute tension 13007. Combiné avec le LM324 (quatre amplificateurs opérationnels), cela permet d'obtenir une charge en trois étapes.

Le 220 V AC est redressé via D1-D4 et filtré par C5 pour produire environ 300 V DC. Cette tension charge C4, formant le courant de démarrage à travers l'enroulement haute tension de TF1, l'enroulement primaire de TF2 et V2. L'enroulement de rétroaction de TF2 génère une tension induite, provoquant la conduite alternative de V1 et V2. Par conséquent, une tension est produite dans l’enroulement d’alimentation basse tension de TF1. Cette tension est redressée via D9 et D10, filtrée par C8 et alimente des composants tels que TL494, LM324, V3 et V4. A ce stade, la tension de sortie reste relativement faible. Lors de l'activation, le TL494 émet alternativement des impulsions depuis les broches 8 et 11, pilotant V3 et V4. Ces impulsions, via l'enroulement de rétroaction TF2, excitent V1 et V2. Cela fait passer V1 et V2 du fonctionnement auto-oscillant au fonctionnement contrôlé. La tension de l'enroulement de sortie de TF2 augmente. Cette tension est renvoyée à la broche 1 du TL494 (retour de tension) via une division de tension entre R29, R26 et R27, stabilisant la tension de sortie à 41,2 V. R30 sert de résistance de détection de courant, générant une chute de tension pendant la charge. Cette tension est renvoyée via R11 et R12 à la broche 15 du TL494 (retour de courant), maintenant le courant de charge à environ 1,8 A. De plus, le courant de charge crée une chute de tension aux bornes de D20, qui est conduite via R42 jusqu'à la broche 3 du LM324. Cela amène la broche 2 à émettre une haute tension, éclairant l'indicateur de charge, tandis que la broche 7 émet une basse tension, éteignant l'indicateur de charge flottante. Le chargeur entre dans la phase de charge à courant constant. De plus, la basse tension sur la broche 7 fait baisser la tension anodique de D19. Cela réduit la tension à la broche 1 du TL494, ce qui fait que la tension de sortie maximale du chargeur atteint 44,8 V. Lorsque la tension de la batterie atteint 44,8 V, la phase de tension constante commence.

Lorsque le courant de charge chute entre 0,3 A et 0,4 A, la tension à la broche 3 du LM324 diminue. La broche 1 produit une basse tension, éteignant l'indicateur de charge. Simultanément, la broche 7 produit une haute tension, éclairant l'indicateur de charge flottante. De plus, la haute tension sur la broche 7 augmente la tension anodique de D19. Cela augmente la tension à la broche 1 du TL494, provoquant une diminution de la tension de sortie du chargeur à 41,2 V. Le chargeur passe en mode de charge flottante.

Exemple :

Chargeur. Lors de la connexion de l'alimentation électrique, le chargeur ne montre aucune réponse. Cependant, le condensateur de stockage conserve sa charge. S'il n'est pas déchargé rapidement ici, il peut provoquer une secousse surprenante, provoquant un inconfort considérable.

Vérifiez d’abord si le 13007 est fonctionnel. Mesurez la tension médiane entre les deux transistors ; s'il indique 150 V, le problème se situe entre le condensateur 68 μF/400 V et le circuit du transformateur principal. Si ce n'est pas 150V, une des deux résistances de démarrage 240K est défectueuse. Ce dernier scénario est plus courant. Pour les circuits 3842, la résistance de démarrage devient généralement une impédance infinie ; les deux résistances de 2,2 ohms doivent également être vérifiées.