浅谈三菱PLC电源无电压输出故障的检修

时间:2022-10-12 08:11:51

浅谈三菱PLC电源无电压输出故障的检修

一、故障现象

电源指示灯不亮,无电压输出。

二、原理及原因分析

1.开关电源的组成

开关电源电路主要由输入电磁干扰滤波器、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

(1)主电路: 从交流电网输入、直流输出的全过程,包括输入滤波器、整流与滤波、逆变、输出整流与滤波电路。①输入滤波器:其作用是将电网存在的杂波过滤,同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网(EMI滤波器)。②整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换使用。③逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分。④输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流恒压电源。

(2)控制电路:一方面从输出端取样反馈,经与设定参考值进行比较,控制逆变器控制IC,改变其频率或脉宽PWM,达到输出稳定的目的;另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路,对整机采取各种保护措施。

(3)检测电路:除了提供保护电路中正在运行中各种参数外,还提供各种显示仪表数据。

(4)辅助电源:提供满足所有单一电路的不同要求的电源。

(5)开关电源:采用功率半导体器件作为开关元件,通过周期性通断开关、控制开关元件的PWM(占空比)来调整输出电压。

2.工作原理

以FX1S系列为例,简述PLC开关电源电路的工作原理(见下图)。

220V供电经由PLC的L、N端子进入电源板,Cl、C2、C和Ll组成双向低通滤波网络,Ll与L2的作用是一样的。双向滤波的好处是将回路中的高频分量经磁祸合后,互相抵销,大大增强了滤波效果。供电经两重保险Fl和THl进入全波整流电路。Fl为过载保护速熔丝,THl为温度保险。当环境温度过高或元器件发热,达到THl的开断阀值时,虽然电流值并未达到Fl熔断的程度,但此时THl会提前开断,保护PLC不会因温升过高而烧毁;等温度下降后,THl又能自行恢复到接通状态。市电经整流约为280V左右的直流电压,加到开关变压器TBl初级的以功率振荡模块STRG6551为核心的振荡和稳压电路上。从电路结构上也较易看出其引脚功能4、3脚为电源供电1、2脚内接功率开关(MOS)管的源极和漏极,2脚同时也提供开关工作电流的负反馈,5脚为反馈电压引入。搞明白了这几个引脚的功能,则电路的作用就不难分析了。可以分为三个回路来分析。

(1)振荡回路。接通电源时,280V整流后直流电压经Rl、Rll、D5降压与嵌位在30V上,再由R12送入STRG6551的供电脚4脚,提供内部COMS开关管的起振电压和电流,从而形成由TBl的一次侧绕组经开关管源极到280V负极的电流通路,继而TBl二次侧绕组1中的感生电流经R8、D3、C8等整流和滤波,作为STRG6551的工作电源。

(2)稳压回路。TBl绕组2中感生电压(电流)经D4、CIO整流与滤波后,作为PLC的整机工作电源、输入端子控制电源和输出继电器电源,此电压的稳定与否决定了PLC的工作性能,故采用了R9、IC2、PCl输出电压采样电路。IC2为24V稳压器件,提供采样电路的电压基准,电压的变化形成了PCl光祸器件上输入电流的变化,此变化在光祸输出端经R4馈送入STRG6551的5脚,由此内部比较放大电路作处理,控制开关管的导通、截止时间,即控制振荡频率的占空比(PWM),以此来达到稳定输出电压的

目的。

(3)保护回路。内部MOCS开关管工作电流的采样电阻为R2,当负载异常导致电流剧增时,此电流、电压变化经R3引入STRG6551的5脚,使输出电压降低,从而降低负载电流。当R2上压降到某一阀值时,STRG6551内部电路断开开关管的驱动电路,使电路停振,实施停电保护。此电路为负载异常时所实施的电流保护,另有一路输入异常时的电压保护支路,由R5、R6、Rll、Dl等元件组成。当输入电压异常(高)时,如零线接触不良,致使220V上升为260V或更高,以R5、R6分压后,仍到达Dl的击穿值,Dl击穿将此压馈入STRG6551的5脚,开关电源停振,保护了后续电路不至于过压损坏,是各电路保护信号的汇总脚,无论是电压或电流异常信号均转化为电压信号,从此脚输入。而实质上从光耦输出的电压反馈信号,也是一路电压保护信号,当电压采样电路出现异常时,也能使开关电源停振,起到保护目的。另外,D6并联在开关变压器初一次侧绕组两端,提供开关管截止期间储能在变压器中磁场能量的泄放通路,保护了开关管不被过压击穿。

3.故障原因

通过以上开关电源的原理分析,可知造成开关电源无电压输出的原因是:电路的输入回路、保护回路、控制回路的参与,负载异常或输入异常或电路本身异常时,STRG6551内部电路均会向开关管发出截止指令,使开关管停振,导致电路无电压输出。

三、检查过程、方法和检查结果

1.检查过程、方法

断开控制电源,用万用表对开关电源中比较容易损坏的器件进行检测,包括输入整流桥、开关管、控制芯片、输出整理二极管等。

首先检查输入部分。输入端的保险元件已经烧坏,用万用表的二极管挡位,经测量发现输入整流二极管导通短路,二极管的PN结已被击穿。接着对电源主控制芯片STRG6551进行检测,在完全断开的情况下测量芯片的漏源极,发现漏极和源极电阻只有零点几个欧姆,也就是说芯片STRG6551已被烧坏了。然后检测输出部分,PLC电源输出的电压有两组,一组为5V,外一组是24V。变压器的输出只有一组,就是输出稳定的24V,5V是通过DC/DC变换而得到的,其中的控制芯片是SK8050S。所以判断输入的前级控制占空比就是先稳定24V的电源,因此在输出级那里加上一个24.5V。正常情况下,24.5V就已经高过24V,此时应该会反馈一个控制信号给光耦,测量时有控制信号;当反加电压慢慢下降到低于24V,也应该有反馈信号,但是外加电压已经低于18V时,依然有反馈信号给光耦。因为光耦跟精密基准源是串联的,精密基准源的工作原理是在基准端REF端加入一个大于2.5V的电压时,则AK电阻很小,视为导通;当加入电压小于2.5V时,则AK电阻很大,视为开路。2.5V是通过两个分压电阻并联在24V输出端的,当输出刚好是24V时,分压电阻的中间点连接到基准源的反馈端为2.5V,但在PLC电源的输出端加入低于24V的电压时,光耦TLP181的AK依然导通,可以通过很大的电流,所以光耦依然有电流流过,同时光耦就会给控制芯片信号,由此判断光耦TLP181被击穿。

2.检查结果

最后,在此次三菱PLC维修中发现熔断器、输入整流桥、STRG6551、输入采样电阻、输出端光耦TLP181等元器件损坏。

四、故障排除

首先更换已损坏的元器件。如果找不到相同型号的元器件,可以查阅一下相关资料,找到能够替代的型号进行更换。比如在换熔断器时,没有找到完全一样的保险管,后来找到了一样参数的保险管替代。

然后,对检修效果进行检测、调试。先给芯片外接一个直流电压12V供芯片启动(芯片的第4脚和地之间),在PLC电源输出端接一个指示灯,有电压输出。再把外接12V电源去掉,慢慢增加AC电源,同时注意观察功率表上功率的变化。此时功率变化不大,只有几百毫瓦。通过启动电阻给芯片提供启动电压,当电压增加到100V左右时,达到了芯片启动电压,芯片启动,反馈回来的电压能够供给芯片正常工作。用万用表测量输出端,输出电压其中一组为5.02V,另外一组是24.1V。继续增加输入的AC电压到240V时,输出的电压保持不变,然后带上负载测试电源带载能力,输出功率达到40W,输出电压稳定。把已经修好的电源模块安装回PLC,通电进行测试,指示灯亮,设备运行正常。

五、结束语

开关电源因具有小型、重量轻和高效率的特点而被广泛应用于教学电气设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。专业教师有必要了解开关电源的基本工作原理,掌握其维修技能,熟悉其常见故障,这样才有利于减少电气设备的维修费用,缩短其故障维修时间,提高自身技能水平。

(作者单位:中山市技师学院)

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