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作者 : 欧阳雄辉 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，则外围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。
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