记一次西门子S7-200PLC电源板故障修复

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记一次西门子S7-200PLC电源板故障修复

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2017-10-19 23:48:23

 

事情的起因,同事无意中提起有几个从别处拆回的S7-200的PLC无法下载程序,怀疑通讯口坏了,用的是原装的USB转PPI电缆。我用在淘宝上买的仿制的数据线却可以连接。这下就更加确定通信口坏了,于是查找200的通信口定义,如图所示

 

 

经测量,5,6端子5V电压正常,2,7端子24V电压仅为20伏。于是上网查找通信口的电路图,并且查阅了很多通信口烧损的帖子,解决方法全部熟记在心。第二天满怀信心的拆开电路板一看,通信口处的硬件电路完好无损。找了半天才发现在IO控制板的右下脚(也就是在向外输出24V电压端子的上方)发现一块稳压管损坏,型号为TS4141。仔细检查电源板,发现电容C812烧损,其余元件目测正常。然后从一个报废的PLC上拆下一块TS4141换上,还有一个与TS4141连接的二极管也被击穿,一并更换。检查输出电压为25.7V。如图所示

 本来事情到这儿就结束了,但是我在查看电源板的时候电路却看不太懂,然后逐个搜索电源板上的元器件。在我搜索芯片TOP244P的时候,哇咔咔,简直是发现了新大陆。

这里重点介绍一下TOP244P芯片电路。TOPSwitch系列单片开关电源的典型电路如图。

 由于单端反激式开关电源电路简单,元件少,输出与输入有电气隔离,能方便的实现多路输出,开关管驱动简单,因此该电源采用单端反激动式电路。在TOPSwitch导通时,VD2截止,电能储存在初级绕组中;当TOPSwitch截止时,VD2导通,能量传输给次级。高频变压器在电路中兼有能量储存、隔离输出和电压变换功能。交流电压经过整流后得到直流高压经初级绕组加到TOP244芯片漏极上。在关断的瞬间,高频变压器漏感会产生尖峰电压,另外在初级绕组上还会产生感应电压,二者叠加在输入电压Vi上,加到开关管的漏极上,因此必须在漏极增加箝位保护电路。前卫电路由稳压管VDZ1,阻塞二极管VD1组成。VD1采用快速恢复二极管。当TOP芯片内管子导通时,变压器初级绕组上正下负,VD1截止,箝位电路不起作用。在管子截止的瞬间,极性变为上负下正,此时尖峰电压被VDZ1吸收掉。

       该电源的稳压原理如下,范围绕组电压经过VDS,CF整流滤波后获得反馈电压VFB,经光耦中的光敏三极管给TOPSwitch的控制断提供偏压。Cr为控制断C的旁路电容。当输出直流电压升高时,VZ2不变,VF升高,LED的工作电流增大,通过光耦使控制端IC增大,但TOPSwitch输出的占空比与IC成反比,迫使VO降低,达到稳压的目的。反馈电路正是通过调节TOP芯片内的占空比,使输出电压趋于稳定。

       其中反馈电路可以改进为配TL431的精密光耦反馈电路,电路复杂,但稳压性能最佳。可以采用TL431型可调式精密并联稳压器代替稳压管,构成外部误差放大器,进而对VO作精密调整。

       TOP芯片种类很多,封装形式也有多种。TOP芯片管脚的连接方式可以自己查阅。这里修复的PLC型号为CPU226,美国制造。如图所示。

 看到这里,原理图已经很清晰了吧。刚好我又检索到一篇文章中提到了200PLC的电源板的电路图。如图所示,

 我在与修复的PLC核对的过程中发现电路图有出入,但是大致原理一样。后来我才知道原来这个原理图是新版的某个国产型号的PLC的电源板电路图,虚线部分在I/0控制板上。很明显TOP244P换成了TOP247FN(这个型号是我在拆国产200PLC发现的,管脚接线方式也发生了少许变化。如图所示。)。

 

 剩下的任务就是拿起PLC电源板一个一个元件核对,在交流输入回路中,采用了L型滤波器,滤除高频和低频的干扰电源。图中明显可见箝位电路,精密的光耦反馈电路,以及输出的滤波电路,其中LM2599S芯片为DC-DC变换电路,提供5V的电压输出。

    PS,据说某些6SE70系列的变频器的电源板也是采用TOPSwitch芯片的哦。我这儿拆开的70电源板好像不是的,采用的分立的三极管元器件。大家有机会可以拆拆看。

    PPS,在拆解了好几个200的PLC后发现,大部分都是烧的TS4141。原因可能是电源反接,现场短路等等吧。由于是单PLC应用,通信口全部正常。好像之后产的200PLC24V端子上贴上了大大的标签。由于有很好的保护电路,所以芯片烧损的概率很小,大部分都是简单的电容,二极管,电阻,稳压管等等,所以大家如果有烧坏的PLC大胆的修吧,反正都是坏的,再不拆就扔到垃圾桶了。

    PPPS,为什么美国产的200PLC电路板上都标注着元器件符号,为什么中国产的却不标??

 

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