Funktionsprinzip eines Ladegeräts für Elektrofahrzeuge

220-V-Wechselstrom wird von T0 gefiltert, um Störungen zu unterdrücken, von D1 in pulsierenden Gleichstrom gleichgerichtet und dann von C11 gefiltert, um einen stabilen Gleichstrom von etwa 300 V zu erzeugen. U1 ist ein integrierter TL3842-Pulsweitenmodulationsschaltkreis. Pin 5 ist die negative Stromversorgung, Pin 7 ist die positive Stromversorgung, Pin 6 ist der Impulsausgang zur direkten Ansteuerung des MOSFET Q1 (K1358), Pin 3 ist die maximale Strombegrenzung und durch Anpassen des Widerstands von R25 (2,5 Ohm) kann der maximale Strom des Ladegeräts angepasst werden. Pin 2 ist die Spannungsrückmeldung, mit der die Ausgangsspannung des Ladegeräts angepasst werden kann. Pin 4 ist mit einem externen Oszillationswiderstand R1 und einem Oszillationskondensator C1 verbunden. T1 ist ein Hochfrequenz-Impulstransformator mit drei Funktionen:

1. Reduzieren des Hoch-Spannungsimpulses auf einen Nieder-Spannungsimpuls.

2. Hochspannung isolieren, um Stromschläge zu verhindern.

3. Stromversorgung des TL3842. D4 ist eine Hochfrequenz-Gleichrichterdiode (16 A 60 V), C10 ist ein Niederspannungs-Filterkondensator, D5 ist eine 12 V-Zenerdiode und U3 (TL431) ist eine Präzisionsreferenzspannungsquelle, die zusammen mit U2 (Optokoppler 4N35) die Ladegerätspannung automatisch regelt. Die Anpassung von W2 (Feinabstimmungswiderstand) ermöglicht eine Feinabstimmung der Ladegerätspannung. D10 ist die Leistungsanzeige. D6 ist die Ladeanzeige.

R27 ist ein Stromabtastwiderstand (0,1 Ohm, 5 W). Durch Ändern des Widerstands von W1 wird der Wendepunktstrom (200 -300 mA) des Ladegeräts angepasst, wenn es auf Erhaltungsladung umschaltet. Zu Beginn des Einschaltens liegen an C11 ca. 300 V an. Diese Spannung wird über T1 an Q1 angelegt.

Der zweite Pfad erreicht über R5, C8 und C3 Pin 7 von U1 und zwingt U1 zum Starten. Pin 6 von U1 gibt einen Rechteckimpuls aus, Q1 ist in Betrieb und Strom fließt über R25 zur Erde. Gleichzeitig erzeugt die Sekundärspule von T1 eine induzierte Spannung, die U1 über D3 und R12 zuverlässig mit Strom versorgt. Die Spannung der T1-Ausgangsspule wird durch D4 und C10 gleichgerichtet und gefiltert, um eine stabile Spannung zu erhalten. Diese Spannung wird zum Laden der Batterie über D7 verwendet (D7 verhindert, dass ein Rückstrom von der Batterie zum Ladegerät fließt).

Der zweite Pfad über R14, D5 und C9 versorgt den LM358 (doppelter Operationsverstärker, Pin 1 ist Masse, Pin 8 ist positiv) und seine peripheren Schaltkreise mit 12 V Betriebsspannung. D9 liefert eine Referenzspannung an den LM358, die durch R26 und R4 geteilt wird, um die Pins 2 und 5 des LM358 zu erreichen. Beim normalen Laden liegen an der Spitze von R27 etwa 0,15–0,18 V an; Diese Spannung wird über R17 an Pin 3 des LM358 angelegt und an Pin 1 wird eine Hochspannung ausgegeben. Diese Spannung zwingt Q2 über den Widerstand R18 zum Leiten und leuchtet D6 (rotes Licht). Der zweite Pfad speist Spannung in Pin 6 des LM358 ein, wodurch Pin 7 eine niedrige Spannung ausgibt, was Q3 zum Ausschalten und D10 (grünes Licht) zum Ausschalten zwingt, wodurch die Konstantstrom-Ladephase eingeleitet wird. Wenn die Batteriespannung auf etwa 44,2 V ansteigt, geht das Ladegerät in die Ladephase mit konstanter Spannung über, wobei die Ausgangsspannung bei etwa 44,2 V gehalten wird und der Strom allmählich abnimmt. Wenn der Ladestrom auf 200–300 mA sinkt, sinkt die Spannung an der Oberseite des Widerstands R27 und die Spannung an Pin 3 des LM358 wird niedriger als die an Pin 2, was zu einem Niederspannungsausgang an Pin 1 führt, Q2 abschaltet und D6 erlischt. Gleichzeitig gibt Pin 7 eine Hochspannung aus, die wiederum Q3 einschaltet und D10 zum Leuchten bringt. Ein anderer Pfad über D8 und W1 erreicht den Rückkopplungskreis, wodurch die Spannung abnimmt. Anschließend geht das Ladegerät in die Erhaltungsladephase über. Der Ladevorgang endet nach 1-2 Stunden.