电动车充电器工作原理及常见故障维修

电动车如今已进入我们的生活，方便了我们的出行，而且还环保，正是我国目前提倡的“低碳生活”；但它的充电器故障率较高，很是一件令人头疼的事。出于这个缘故，根据本人多年的维修经验，写了这篇文章，希望对电子电器维修人员和广大的电子爱好者，提供维修资料，供维修参考用。为了方便说明，本文还是从原理开始说起。
一．工作原理
我们目前用的电动车充电器大部分都是脉冲式充电器。就目前来说，以UC3842为主控芯片的充电器还是占绝大多数，当然也有不少是以TL494为主控芯片的充电器，对于采用这种芯片的充电器本文不做阐述（因这两种充电器的维修基本上是大同小异的）。这类充电器的原理与开关电源的原理是基本相同的220V的交流电经交流滤波电路滤除外来的杂波信号(同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网的干扰),再经二极管桥式整流电路和滤波电路，整流滤波后得到约300V的直流电，送给功率变换电路进行功率转换。功率变换电路中的开关功率管（IGBT）就在脉冲宽度调制控制器（UC3842）输出的脉冲控制信号驱动下，工作在“开”“关”状态，从而将300V直流电切换成宽度可调的高频脉冲电压。把高频脉冲电压送给高频脉冲变压器，其次级就会感应出一定的高频脉冲交流电，并送给高频整流滤波电路进行整流，滤波；最后输出一个很平滑的直流电，供给蓄电池充电。由于蓄电池刚开始充电时和充过一段时间后，蓄电池的容量和端电压均不一样，这就由充电器内部取样电路将取样信号通过光电耦合器（PC817）送入控制电路，经过脉宽调制芯片（UC3842）内部调制，由控制电路的输出端将变宽或变窄的驱动脉冲送到开关功率管的栅极，使变换电路产生的高频脉冲方波也随之变宽或变窄，使蓄电池的充电分别进入：恒流充电，恒压充电和浮充充电这三个充电阶段。
二．常见故障分析及维修
由于电动车充电器的输入部分工作在高压，大电流的状态下，故障率最高，如高压大电流整流二极管，滤波电容，开关功率管等较易损坏。其次就是输出整流部分的整流二极管，保护二极管，滤波电容，限流电阻等；再就是脉宽调制控制器的反馈部分和保护部分。
2.1保险丝熔断
一般情况下，保险丝熔断说明充电器的内部电路存在短路或过流的故障。由于充电器工作在高电压，大电流的状态下，直流滤波和振荡电路在高压状态工作时间太长，电压变化相对大。另外电网电压的波动，浪涌都会引起充电器内电流瞬间增大而使保险丝熔断。
维修方法：首先仔细查看电路板上面的各个元件，看这些元件的外表是否被烧糊或有电解液溢出，闻一闻有没有异味。再用万用表进行检查。首先测量一下电源输入端的电阻值，若小于200KΩ，则说明后端有局部短路现象，然后分别测量四只整流二极管正，反向电阻和两个限流电阻的阻值，看其有无短路或烧坏；然后再测量一下电源滤波电容是否能进行正常充放电，再就测量一下开关功率管是否击穿损坏，以及UC3842本身，及周围元件是否击穿，烧坏等。需要说明的一点是：因是在路测量，有可能会使测量结果有误，造成误判。因此必要时可把元器件焊下来再进行测量。如果仍然没有上述情况则测量一下输入电源线及输出电源线是否内部短路。一般情况下，熔断器熔断故障中，整流二极管，电源滤波电容，开关功率管，UC3842是易损件，损坏的概率可达95%以上，一般着重检查一下这些元器件，就可很容易排除此类故障。
2.2无直流电压输出或电压输出不稳定
如果保险丝是完好的，在有负载的情况下，各级直流电压无输出。这种情况主要是以下原因造成的：电源中出现开路，短路现象；过压，过流保护电路出现故障；振荡电路没有工作；电源负载过重；高频整流滤波电路中整流二极管被击穿；滤波电容漏电等。
维修方法：首先，用万用表测量一下高频脉冲变压器次级的各个元器件是否有损坏。排除了高频整流二极管击穿、负载短路的情况后，再测量各输出端的直流电压，如果这时输出仍为零，则可以肯定是电源的控制电路出了故障。最后用万用表静态测量高频滤波电路中整流二极管及低压滤波电容是否损坏。如果确实是相关的元件损坏，在更换好新元件后，开机测试，一般故障即可排除。需要说明的是：电源输出线断线或开焊、虚焊也会造成这种故障。在维修时应注意这种情况。
2.3无直流电压输出，但保险丝完好
这种现象说明充电器未工作，或者工作后进入了保护状态。
维修方法：首先应判断一下充电器的主控芯片UC3842是否处在工作状态或已经损坏。判断方法是这样的：加电测UC3842的第7脚对地电压，若测第8脚有+5V电压，1，2，4，6脚也有不同的电压，则说明电路已起振，UC3842基本正常；若7脚电压低，其余管脚无电压或不波动，则UC3842已损坏。UC3842芯片损坏最常见的是7脚对地击穿，6，7脚对地击穿和1，7脚对地击穿。如果这几只脚都未击穿，而充电器还是不能正常启动，则UC3842必坏，应直接更换。若判断芯片未坏，则着重检查开关功率管栅极的限流电阻是否开焊、虚焊或变值以及开关功率管本身是否性能不良。除此之外，电源输出线断线或接触不良也会造成这种故障。因此在维修时也应注意检查一下。

UC3842的各管脚功能及正常工作时的对地电位表
管脚号
功能
对地电位
1
误差放大器的输出端
2.5V左右
2
反馈电压输入端
2.51V左右
3
电流检测输入端
小于1V
4
定时端f=1.8/(RT×CT)
2V左右
5
公共地端
0V
6
推挽输出端
15V（方波）
7
电源端
15V
8
5V 基准电压输出端
5V

2.4有直流电压输出，但输出电压过高
这种故障往往是由稳压取样和稳压控制电路出现故障所致。在充电器中，直流输出、取样电阻、误差取样放大器、光耦合器、电源控制芯片等电路共同构成了一个闭合的控制环路，任何一处出问题都会导致输出电压升高。
维修方法：由于充电器中有过压保护电路，输出电压过高首先会使过压保护电路动作。因此对于这种故障的维修，我们可以断开过压保护电路，使过压保护电路不起作用，在这时，测量开机瞬间的电源主电压。如果测量值比正常值高出1V以上，说明输出电压过高。我们应着重检查取样电阻是否变值或损坏，精密基准电压源(TL431)或光耦合器（PC817）是否性能不良，变质或损坏；其中精密基准电压源(TL431)极易损坏，我们可用下述方法对精密稳压放大器作出好坏的判别：将TL431的参考端(Ref)与它的阴极（Cathode）相连，串10k的电阻，接入5V电压，若阳极（Anode）与阴极之间为2.5V，并且等待片刻还仍然为2.5V，则为好管，否则为坏管。
2.5有直流电压输出，但输出直流电压过低
对于这种故障现象，根据维修经验可知，除稳压控制电路会引起输出电压过低外，还有以下几点原因:
(1)输出电压端整流二极管、滤波电容失效等，可以通过代换法进行判断。
(2)开关功率管的性能下降，必然导致开关管不能正常导通，使电源的内阻增加，带负载能力下降。
(3)开关功率管的源极通常接一个阻值很小，但功率很大的电阻，作为过流保护检测电阻，该电阻的阻值一般在0.2欧到0.8欧之间。该电阻如变值或开焊，接触不良也会造成输出电压过低。
(4)高频脉冲变压器不良，不但造成输出电压下降，还会造成开关功率管激励不足从而屡损开关管。
(5) 高压直流滤波电容不良，造成电源带负载能力差。
(6)电源输出线接触不良，有一定的接触电阻，造成输出电压过低。
(7)电网电压过低。虽然充电器在低压下仍然可以输出额定的充电电压，但当电网电压低于充电器的最低电压限定值时，也会使输出电压过低。
维修方法：对于这种故障我们可以根据以上故障原因，来逐一进行排查。但在实际维修时，可根据实际情况来进行排查，不一定要逐一排查。首先用万用表检查一下高压直流滤波电容是否变质，容量是否下降，能否正常充放电。如无以上现象，则测量一下开关功率管的栅极的限流电阻以及源极的过流保护检测电阻是否变值，变质或开焊，接触不良。经判别后，若无问题，再检查一下高频变压器的铁芯是否完好无损。除此之外还有可能就是输出滤波电容容量降低，甚至失容或开焊，虚接；电源输出限流电阻变值或虚接，电源输出线虚接等。在实际维修时，这些因素都不要放过，都应检查一下，以保证万无一失。
2.6散热风扇不转
这种故障原因主要是控制风扇的三极管（一般为8550或8050）损坏，或者风扇本身损坏或风叶被杂物卡住。但有些充电器中采用的是智能散热，对于采用这种方式散热的充电器，热敏电阻损坏的概率是很大的。
维修方法：首先用万用表测量一下控制风扇的三极管是否损坏，若测得此管未损坏那就有可能是风扇本身损坏。可以把风扇从电路板上拔下来，另外接上一个12V的直流电（注意正负极），看是否转动，并看有无异物卡住。若摆动几下风扇的电线，风扇就转动，则说明电线内部有断线或接头接触不良。若仍不转动，则风扇必坏。对于采用智能散热的充电器来说，除按上述检查外，还应检查一下热敏电阻是否不良或损坏，开焊等。但要注意此热敏电阻为负温度系数的热敏电阻，更换时应注意。
三．检修实例
实例一.YG-WY-H型电动三轮车智能充电器有电压输出，但充不进去电
根据此故障现象，初步判断电源输入整流电路部分可能有故障，也有可能是输出电源插头与充电插座接触不良所致。用十字旋具将充电器的四颗紧固螺钉拆下，打开上盖。首先看到输入整流电路中的电源滤波电容已炸裂，漏液（C5 82Uf/400V）。然后用万用表的“RX1”欧档测量一下输出电源插头和充电插座，发现阻值很小，几乎为0欧，这说明它们接触良好。为了万无一失，再用万用表测量其它易损坏的元件及充电保险，经测量均未损坏。最后换上一个与原来电压(耐压可大于原来的值，但绝对不能小于原来的值)和容量相同的电解电容（82uf/400V），焊好，插上电源插头和充电插头。经数小时的充电，充电器上的“充满”指示灯亮，表明蓄电池已充满，故障排除。部分电路图及故障点见图1所示：

图1 实例一的部分电路图及故障点
实例二.FTC-2001型充电器无电压输出，但保险丝完好
此故障属于本文中的第四类。经拆开后，先检查一下有无开焊，闻一闻有无烧焦等明显故障现状。然后用万用表的“RX1”K挡测量一下UC3842的限流电阻R2，此电阻为2W/150K欧的碳膜色环电阻。经测量其阻值与标称值相接近，此电阻未坏。然后插上电源插头，对UC3842进行加电检测，将万用表拨至“直流电压50V”挡，测得第7脚的对地电压为15V左右，第8脚对地有+5V的电压，1，2，4，6脚对地也有不同的电压，这说明UC3842在正常工作，未损坏。下一步就应着重检查开关功率管Q1本身及其漏极的限流电阻R11了。为了不影响测量的准确性，将开关功率管Q1及漏极限流电阻R11用烙铁拆下。稍等片刻，带元件冷却到室温后，便用万用表“RX1”欧挡，对漏极限流电阻R11进行测量。此电阻为一个2W/6.2欧的碳膜色环电阻。经测量其阻值与标称值相接近，此电阻未坏。再将万用表的电阻挡拨至“RX1”K挡，对开关功率管Q1进行测量。此开关功率管的型号为“10N60”（10A600V）IGBT型功率管。在测量前要对IGBT管的三个引脚短路放电，以避免影响测量的准确度。然后用万用表的红，黑表笔正，反测量一下G极与D极，G及与S极，均有几十千欧的电阻。（正常时，G极与D极，G及与S极，之间的电阻均为无穷大），这说明此开关功率管的性能已经不好了。于是换了一个新的10N60型的开关功率管。将拆下的漏极限流电阻R11及其新的10N60焊好，通电试验，电源指示灯亮了，这时用万用表的“直流电压50V”挡，测量了一下输出电压，为44V。电路恢复正常工作，故障排除。部分电路图及故障点见图2所示：

图2 实例二的部分电路图及故障点
实例三.青鸟牌电动车充电器无直流电压输出，且保险丝熔断
此故障现象属于本文中的第一类。打开上盖，顿时闻到了一股烧焦的味道，看到烧糊并炸开的UC3842，烧的发黑的保险丝，以及两个限流电阻R1和R5。（一个是UC3842的限流电阻R1，另一个是开关功率管的栅极限流电阻R5）。根据维修经验可知，开关功率管V1肯定在劫难逃，必坏。先将损坏明显的元件焊下，再将万用表的电阻挡拨至“RX1”K挡，对开关功率管进行测量。经测量，开关功率管V1的三个电极全部击穿；然后将其焊下。然后接着用万用表测一下四个整流二极管D1~D4及电源滤波电容C3，经测量四个整流二极管D1~D4及电源滤波电容C3均未损坏。然后把损坏的元件处理干净后，根据上面元件所标的型号，电阻的阻值等，换上了新的元器件，焊好，通电试验。不料，保险丝又爆了。马上拔下电源插头，将电源滤波电容作放电处理后用万用表分别对前面所换元件进行检查测量。经测量，所换元件，全部都烧坏了。把损坏的元件全部焊下；将万用表的电阻挡拨至“RX1”K挡，对其余易损元件进行一一检查测量，排查。经测量发现R4烧坏，阻值为无穷大。换上一个新的0.25W/100欧的碳膜色环电阻和前面所换元器件，焊好，通电试验。不料，保险丝又爆了。如此反复烧保险，故障点肯定还是没有真正找到，没有被根除。那么故障点到底在哪呢？经过进一步深入的分析可知：最初的故障现象是很严重的，有好几个电子元器件都被烧糊甚至炸裂，这一方面说明电路确实存在短路和过流的故障。但从另一方面则说明，电子元器件被烧糊甚至炸裂的瞬间会产生大量的热，致使PCB板上的某些细小的覆铜板会因瞬间高温而被融化，因其十分细小，且被烧处已发黑，不容易被发现，因此即使元器件都是完好无损的，但因某些细小的，使电路无法连接完整，使某些电路残缺不全，无法完成某项特定的功能，从而导致保险丝履烧。根据以上分析，仔细的对烧焦处进行清理，检查有无覆铜板被烧化后留下的痕迹。发现在连接光电耦合器（4N35）的第4脚与UC3842第2脚之间的覆铜板烧化了。于是用一段电线将其焊接，连接好，同时也把其它损坏的元器件全部换上新的，焊好。然后用万用表重新检查一遍。无误后，通电试验，保险丝安然无恙，电源指示灯亮了，用万用表测量一下输出电压为55V。电路恢复正常工作，故障被彻底排除。部分电路图及故障点见图3所示：

图3 实例三的部分电路图及故障点

总的来说，电动车充电器的常见故障基本上就是这六种类型。但在实际维修中，保险丝，整流二极管，滤波电容，开关功率管，主控芯片以及限流电阻等，这些元器件是最容易损坏的。大部分故障都是由此而造成的。除此之外，由于长期不正确的使用和维护电动车充电器，工作环境较恶劣，致使有些元器件松动，造成虚焊或开焊；电源线内部断线，插头内部弹片失去弹性，使其虚接或有一定的接触电阻。这些因素也会造成充电器不能正常充电。无论是维修什么类型的故障，在认为维修好了之后，没通电之前，都要进行仔细的检查，确保万无一失，安全可靠，避免元件的浪费，故障的扩大化，提高维修费用。