一、故障現(xiàn)象

電源指示燈不亮，無電壓輸出。

二、原理及原因分析

1.開關(guān)電源的組成

開關(guān)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(hù)電路、輸出過欠壓保護(hù)電路、輸出過流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。

（1）主電路： 從交流電網(wǎng)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(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)（EMI濾波器）。②整流與濾波：將電網(wǎng)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?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。④輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)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(jīng)與設(shè)定參考值進(jìn)行比較，控制逆變器控制IC，改變其頻率或脈寬PWM，達(dá)到輸出穩(wěn)定的目的；另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路，對整機(jī)采取各種保護(hù)措施。

（3）檢測電路：除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)。

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

2.工作原理

以FX1S系列為例，簡述PLC開關(guān)電源電路的工作原理（見下圖）。

220V供電經(jīng)由PLC的L、N端子進(jìn)入電源板，Cl、C2、C和Ll組成雙向低通濾波網(wǎng)絡(luò)，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(jīng)磁禍合后，互相抵銷，大大增強(qiáng)了濾波效果。供電經(jīng)兩重保險Fl和THl進(jìn)入全波整流電路。Fl為過載保護(hù)速熔絲，THl為溫度保險。當(dāng)環(huán)境溫度過高或元器件發(fā)熱，達(dá)到THl的開斷閥值時，雖然電流值并未達(dá)到Fl熔斷的程度，但此時THl會提前開斷，保護(hù)PLC不會因溫升過高而燒毀；等溫度下降后，THl又能自行恢復(fù)到接通狀態(tài)。市電經(jīng)整流約為280V左右的直流電壓，加到開關(guān)變壓器TBl初級的以功率振蕩模塊STRG6551為核心的振蕩和穩(wěn)壓電路上。從電路結(jié)構(gòu)上也較易看出其引腳功能4、3腳為電源供電1、2腳內(nèi)接功率開關(guān)(MOS)管的源極和漏極，2腳同時也提供開關(guān)工作電流的負(fù)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?？梢苑譃槿齻€回路來分析。

（1）振蕩回路。接通電源時，280V整流后直流電壓經(jīng)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(nèi)部COMS開關(guān)管的起振電壓和電流，從而形成由TBl的一次側(cè)繞組經(jīng)開關(guān)管源極到280V負(fù)極的電流通路，繼而TBl二次側(cè)繞組1中的感生電流經(jīng)R8、D3、C8等整流和濾波，作為STRG6551的工作電源。

（2）穩(wěn)壓回路。TBl繞組2中感生電壓(電流)經(jīng)D4、CIO整流與濾波后，作為PLC的整機(jī)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(wěn)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(wěn)壓器件，提供采樣電路的電壓基準(zhǔn)，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(jīng)R4饋送入STRG6551的5腳，由此內(nèi)部比較放大電路作處理，控制開關(guān)管的導(dǎo)通、截止時間，即控制振蕩頻率的占空比（PWM），以此來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的

目的。

（3）保護(hù)回路。內(nèi)部MOCS開關(guān)管工作電流的采樣電阻為R2，當(dāng)負(fù)載異常導(dǎo)致電流劇增時，此電流、電壓變化經(jīng)R3引入STRG6551的5腳，使輸出電壓降低，從而降低負(fù)載電流。當(dāng)R2上壓降到某一閥值時，STRG6551內(nèi)部電路斷開開關(guān)管的驅(qū)動電路，使電路停振，實施停電保護(hù)。此電路為負(fù)載異常時所實施的電流保護(hù)，另有一路輸入異常時的電壓保護(hù)支路，由R5、R6、Rll、Dl等元件組成。當(dāng)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(dá)Dl的擊穿值，Dl擊穿將此壓饋入STRG6551的5腳，開關(guān)電源停振，保護(hù)了后續(xù)電路不至于過壓損壞，是各電路保護(hù)信號的匯總腳，無論是電壓或電流異常信號均轉(zhuǎn)化為電壓信號，從此腳輸入。而實質(zhì)上從光耦輸出的電壓反饋信號，也是一路電壓保護(hù)信號，當(dāng)電壓采樣電路出現(xiàn)異常時，也能使開關(guān)電源停振，起到保護(hù)目的。另外，D6并聯(lián)在開關(guān)變壓器初一次側(cè)繞組兩端，提供開關(guān)管截止期間儲能在變壓器中磁場能量的泄放通路，保護(hù)了開關(guān)管不被過壓擊穿。

3.故障原因

通過以上開關(guān)電源的原理分析，可知造成開關(guān)電源無電壓輸出的原因是：電路的輸入回路、保護(hù)回路、控制回路的參與，負(fù)載異?；蜉斎氘惓；螂娐繁旧懋惓r，STRG6551內(nèi)部電路均會向開關(guān)管發(fā)出截止指令，使開關(guān)管停振，導(dǎo)致電路無電壓輸出。

三、檢查過程、方法和檢查結(jié)果

1.檢查過程、方法

斷開控制電源，用萬用表對開關(guān)電源中比較容易損壞的器件進(jìn)行檢測，包括輸入整流橋、開關(guān)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(jīng)燒壞，用萬用表的二極管擋位，經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)輸入整流二極管導(dǎo)通短路，二極管的PN結(jié)已被擊穿。接著對電源主控制芯片STRG6551進(jìn)行檢測，在完全斷開的情況下測量芯片的漏源極，發(fā)現(xiàn)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(wěn)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(wěn)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(jīng)高過24V，此時應(yīng)該會反饋一個控制信號給光耦，測量時有控制信號；當(dāng)反加電壓慢慢下降到低于24V，也應(yīng)該有反饋信號，但是外加電壓已經(jīng)低于18V時，依然有反饋信號給光耦。因為光耦跟精密基準(zhǔn)源是串聯(lián)的，精密基準(zhǔn)源的工作原理是在基準(zhǔn)端REF端加入一個大于2.5V的電壓時，則AK電阻很小，視為導(dǎo)通；當(dāng)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(lián)在24V輸出端的，當(dāng)輸出剛好是24V時，分壓電阻的中間點連接到基準(zhǔn)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(dǎo)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(jié)果

最后，在此次三菱PLC維修中發(fā)現(xiàn)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(guān)資料，找到能夠替代的型號進(jìn)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(shù)的保險管替代。

然后，對檢修效果進(jìn)行檢測、調(diào)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(dāng)電壓增加到100V左右時，達(dá)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(xù)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(fù)載測試電源帶載能力，輸出功率達(dá)到40W，輸出電壓穩(wěn)定。把已經(jīng)修好的電源模塊安裝回PLC，通電進(jìn)行測試，指示燈亮，設(shè)備運(yùn)行正常。

五、結(jié)束語

開關(guān)電源因具有小型、重量輕和高效率的特點而被廣泛應(yīng)用于教學(xué)電氣設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。專業(yè)教師有必要了解開關(guān)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(shè)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(xué)院）