淺談三菱PLC電源無電壓輸出故障的檢修

一、故障現象

電源指示燈不亮，無電壓輸出。

二、原理及原因分析

1.開關電源的組成

開關電源電路主要由輸入電磁干擾濾波器、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。

（1）主電路： 從交流電網輸入、直流輸出的全過程，包括輸入濾波器、整流與濾波、逆變、輸出整流與濾波電路。①輸入濾波器：其作用是將電網存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網（EMI濾波器）。②整流與濾波：將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換使用。③逆變：將整流后的直流電變為高頻交流電，這是高頻開關電源的核心部分。④輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流恒壓電源。

（2）控制電路：一方面從輸出端取樣反饋，經與設定參考值進行比較，控制逆變器控制IC，改變其頻率或脈寬PWM，達到輸出穩定的目的；另一方面，根據測試電路提供的數據，經保護電路鑒別，提供控制電路，對整機采取各種保護措施。

（3）檢測電路：除了提供保護電路中正在運行中各種參數外，還提供各種顯示儀表數據。

（4）輔助電源：提供滿足所有單一電路的不同要求的電源。

（5）開關電源：采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關、控制開關元件的PWM（占空比）來調整輸出電壓。

2.工作原理

以FX1S系列為例，簡述PLC開關電源電路的工作原理（見下圖）。

220V供電經由PLC的L、N端子進入電源板，Cl、C2、C和Ll組成雙向低通濾波網絡，Ll與L2的作用是一樣的。雙向濾波的好處是將回路中的高頻分量經磁禍合后，互相抵銷，大大增強了濾波效果。供電經兩重保險Fl和THl進入全波整流電路。Fl為過載保護速熔絲，THl為溫度保險。當環境溫度過高或元器件發熱，達到THl的開斷閥值時，雖然電流值并未達到Fl熔斷的程度，但此時THl會提前開斷，保護PLC不會因溫升過高而燒毀；等溫度下降后，THl又能自行恢復到接通狀態。市電經整流約為280V左右的直流電壓，加到開關變壓器TBl初級的以功率振蕩模塊STRG6551為核心的振蕩和穩壓電路上。從電路結構上也較易看出其引腳功能4、3腳為電源供電1、2腳內接功率開關(MOS)管的源極和漏極，2腳同時也提供開關工作電流的負反饋，5腳為反饋電壓引入。搞明白了這幾個引腳的功能，則外圍電路的作用就不難分析了。可以分為三個回路來分析。

（1）振蕩回路。接通電源時，280V整流后直流電壓經Rl、Rll、D5降壓與嵌位在30V上，再由R12送入STRG6551的供電腳4腳，提供內部COMS開關管的起振電壓和電流，從而形成由TBl的一次側繞組經開關管源極到280V負極的電流通路，繼而TBl二次側繞組1中的感生電流經R8、D3、C8等整流和濾波，作為STRG6551的工作電源。

（2）穩壓回路。TBl繞組2中感生電壓(電流)經D4、CIO整流與濾波后，作為PLC的整機工作電源、輸入端子控制電源和輸出繼電器電源，此電壓的穩定與否決定了PLC的工作性能，故采用了R9、IC2、PCl輸出電壓采樣電路。IC2為24V穩壓器件，提供采樣電路的電壓基準，電壓的變化形成了PCl光禍器件上輸入電流的變化，此變化在光禍輸出端經R4饋送入STRG6551的5腳，由此內部比較放大電路作處理，控制開關管的導通、截止時間，即控制振蕩頻率的占空比（PWM），以此來達到穩定輸出電壓的

目的。

（3）保護回路。內部MOCS開關管工作電流的采樣電阻為R2，當負載異常導致電流劇增時，此電流、電壓變化經R3引入STRG6551的5腳，使輸出電壓降低，從而降低負載電流。當R2上壓降到某一閥值時，STRG6551內部電路斷開開關管的驅動電路，使電路停振，實施停電保護。此電路為負載異常時所實施的電流保護，另有一路輸入異常時的電壓保護支路，由R5、R6、Rll、Dl等元件組成。當輸入電壓異常(高)時，如零線接觸不良，致使220V上升為260V或更高，以R5、R6分壓后，仍到達Dl的擊穿值，Dl擊穿將此壓饋入STRG6551的5腳，開關電源停振，保護了后續電路不至于過壓損壞，是各電路保護信號的匯總腳，無論是電壓或電流異常信號均轉化為電壓信號，從此腳輸入。而實質上從光耦輸出的電壓反饋信號，也是一路電壓保護信號，當電壓采樣電路出現異常時，也能使開關電源停振，起到保護目的。另外，D6并聯在開關變壓器初一次側繞組兩端，提供開關管截止期間儲能在變壓器中磁場能量的泄放通路，保護了開關管不被過壓擊穿。

3.故障原因

通過以上開關電源的原理分析，可知造成開關電源無電壓輸出的原因是：電路的輸入回路、保護回路、控制回路的參與，負載異常或輸入異?；螂娐繁旧懋惓r，STRG6551內部電路均會向開關管發出截止指令，使開關管停振，導致電路無電壓輸出。

三、檢查過程、方法和檢查結果

1.檢查過程、方法

斷開控制電源，用萬用表對開關電源中比較容易損壞的器件進行檢測，包括輸入整流橋、開關管、控制芯片、輸出整理二極管等。

首先檢查輸入部分。輸入端的保險元件已經燒壞，用萬用表的二極管擋位，經測量發現輸入整流二極管導通短路，二極管的PN結已被擊穿。接著對電源主控制芯片STRG6551進行檢測，在完全斷開的情況下測量芯片的漏源極，發現漏極和源極電阻只有零點幾個歐姆，也就是說芯片STRG6551已被燒壞了。然后檢測輸出部分，PLC電源輸出的電壓有兩組，一組為5V，外一組是24V。變壓器的輸出只有一組，就是輸出穩定的24V，5V是通過DC/DC變換而得到的，其中的控制芯片是SK8050S。所以判斷輸入的前級控制占空比就是先穩定24V的電源，因此在輸出級那里加上一個24.5V。正常情況下，24.5V就已經高過24V，此時應該會反饋一個控制信號給光耦，測量時有控制信號；當反加電壓慢慢下降到低于24V，也應該有反饋信號，但是外加電壓已經低于18V時，依然有反饋信號給光耦。因為光耦跟精密基準源是串聯的，精密基準源的工作原理是在基準端REF端加入一個大于2.5V的電壓時，則AK電阻很小，視為導通；當加入電壓小于2.5V時，則AK電阻很大，視為開路。2.5V是通過兩個分壓電阻并聯在24V輸出端的，當輸出剛好是24V時，分壓電阻的中間點連接到基準源的反饋端為2.5V，但在PLC電源的輸出端加入低于24V的電壓時，光耦TLP181的AK依然導通，可以通過很大的電流，所以光耦依然有電流流過，同時光耦就會給控制芯片信號，由此判斷光耦TLP181被擊穿。

2.檢查結果

最后，在此次三菱PLC維修中發現熔斷器、輸入整流橋、STRG6551、輸入采樣電阻、輸出端光耦TLP181等元器件損壞。

四、故障排除

首先更換已損壞的元器件。如果找不到相同型號的元器件，可以查閱一下相關資料，找到能夠替代的型號進行更換。比如在換熔斷器時，沒有找到完全一樣的保險管，后來找到了一樣參數的保險管替代。

然后，對檢修效果進行檢測、調試。先給芯片外接一個直流電壓12V供芯片啟動（芯片的第4腳和地之間），在PLC電源輸出端接一個指示燈，有電壓輸出。再把外接12V電源去掉，慢慢增加AC電源，同時注意觀察功率表上功率的變化。此時功率變化不大，只有幾百毫瓦。通過啟動電阻給芯片提供啟動電壓，當電壓增加到100V左右時，達到了芯片啟動電壓，芯片啟動，反饋回來的電壓能夠供給芯片正常工作。用萬用表測量輸出端，輸出電壓其中一組為5.02V，另外一組是24.1V。繼續增加輸入的AC電壓到240V時，輸出的電壓保持不變，然后帶上負載測試電源帶載能力，輸出功率達到40W，輸出電壓穩定。把已經修好的電源模塊安裝回PLC，通電進行測試，指示燈亮，設備運行正常。

五、結束語

開關電源因具有小型、重量輕和高效率的特點而被廣泛應用于教學電氣設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。專業教師有必要了解開關電源的基本工作原理，掌握其維修技能，熟悉其常見故障，這樣才有利于減少電氣設備的維修費用，縮短其故障維修時間，提高自身技能水平。

（作者單位：中山市技師學院）