关于PLC试验箱电源的改进

第1页共7页关于PLC实验箱开关电源的改进周娅伍先明邓安平（重庆信息技术职业学院，实训中心重庆万州404000）摘要：在各种电子产品和电气设备中，电源是最重要的一个部分，它是整个设备的能源，在教学仪器设备中同样起着非常重要的作用。如今，在电子技术产业蓬勃发展的时代，电源作为电子产品、电气设备的核心,不论是大型设备还是小到手机充电器等等，都是人们在生产和生活中最常用且必不可少的设备。关键词：教学仪器PLC实验箱LM317稳压电源一对PLC电源改进设计的意义在现代生活、工作和学习中，有很多场合需要用到低压稳定的直流电，不论是工厂、农村、企事业单位还是学校；不论是高科技电子设备还是一般的电子产品；不论是在太空中运行的人造卫星设备还是小到小朋友的电子玩具，对直流电源的应用举不胜举，而直流电源在各种电子设备中故障率也是非常高的，因此本文以我院PLC实验箱开关电源问题的整改作个简单的说明。在PLC实验箱中，CPU为西门子“CPU224CN”型，其本身有一开关电源，并对其扩展有一引出电源接口“L+”（+24V），而为各个实验模块提供电源的是另外的一个开关电源（+24V）。前者为“CPU”及扩展实验专用（+24V），实验中将标有“L+”的接口用导线连接即可，该电源不能同时与实验模块的（+24V）电源共用，这点在实验指导书中和老师讲课时都已详细说明。由于学生的疏忽，为各个实验模块提供电源的这个开关电源容易损坏（这是该实验箱开关电源的设计缺陷）。而这个实验箱开关电源本身的质量一般，保护功能也不是很好，价格又高，因电路复杂（无电原理图），损坏后维修困难（保值期已过）。因此本人选用LM317三端可调稳压电源元器件，利用小容量变压器、桥式整流电路、电容滤波电路以及保护电路做一个三端可调稳压直流电源。整个电源成本低、结构简单，并设计有过压和短路保护等功能，电路运行稳定，具有较强的实用性。这种简单的稳压电源性能可靠、元器件少、制作方便、性价比合理、损坏后维修快捷简单。用于实验设备中更适合我们学院节约办学的实际情况。二PLC稳压电源设计方案PLC试验箱的所有实验项目中，对直流电源的精度要求不是很高，如纹波系数、电流、电压的精度等，所以，一般的直流稳压电源都能达到其实验要求。“LM317”可调稳压电源可以实现从1.25V—30V连续可调，输出电流可达1.5A左右。采用最常见的可调稳压集成电路第2页共7页LM317组成电路的核心，完全能满足PLC试验箱中的各项实验内容。关于LM317的详细指标参数这里不作介绍，在后面的主要元器件中作一些简单的叙述。下面的2-1为三端可调稳压电源方框图；2-2为三端可调稳压电源原理图；5-1为三端可调稳压电源线路图；5-2为三端可调稳压电源元器件位置图.2-1三端可调稳压电源方框图第3页共7页2-2三端可调稳压电源原理图（一）工作原理及工作过程原理图中，220V的交流电压经变压器降压、整流滤波后，给“LM317”的输入端提供30—36V直流电压；调节“RP”，使稳压器输出直流电压在24—25V之间，直流输出的发光二极管LED亮，表示有直流电压输出；在实验过程中，若有+24V电源对地短路时，快速熔断器“FU2”（0.5A）因电流剧增（超过设定的0.5A）则即刻熔断，使“LM317”对外输出的直流电压被断开，发光二极管LED息灭，稳压电源得到了保护。因熔断器是设置在“K—1”输出端的，所以虽然对外无输出电压，但稳压器仍然正常工作，+24V直流电压仍然存在。过压保护电路并接于稳压电路的输入和输出端，接通电源时，三极管“Q1”集电极为27.1V，“K—1”输出端为+24—25V，基极为19.1V，三极管“Q1”的集电极比基极高8.0V，这时三极管“Q1”为截止状态，继电器线圈“K”无电流流过，“K—1”为常闭，稳压电源对外输出直流电压被“K—1”接通而有+24V；当输出端因某种原因使直流电压升高到27.5V以上时，三极管“Q1”集电极为20.9V，基极为26.8V，集电极比基极高5.9V，这时三极管“Q1”饱和导通，电流流过继电器线圈“K”，在电磁力的作用下，触点“K—1”动作而由原来的常闭状态变为常开状态，切断稳压电源对外输出的直流电压，从而保护了设备和稳压电源在“过电压”的情况下不被损坏。为了提高输出电流，在LM317“U1”上并接一只LM317“U2”，由“Ｒ２”和“Ｒ３”均第4页共7页衡后，输出电流可提高到３Ａ左右，为实验箱提供比较大的工作电流。（二）主要元器件的选用及其作用元器件的选择要根据设计电路的功率、连续工作时间、性价比等要求，选择价格合理、质量较好的电子元件。1、整流滤波电路元器件电源变压器电源变压器选用型号为SE-(单28V或双18V)/4A,其作用是给整流滤波电路提供30V左右的交流电压。整流滤波电路整流电路“D1—D4”用IN4007整流二极管，也可用桥堆（集成整流器）。滤波电容用4700UF/50V，为集成稳压电路和保护电路提供比较稳定的直流电压。2、三端稳压电路元器件三端可调器件选用LM317，它是美国国家半导体公司生产的三端可调稳压集成电路，输出电压范围为+1.2V-+37V可调，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压的高低，此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全保护等多种保护电路。使用输出电容能改变瞬态响应，调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高得多的纹波抑制比。根据LM317的特性和优点，很适合电子爱好者的一些业余设计与制作。3、电压调节电路元器件电位器RP阻值为5.1KΩ，当输出电压调节至要求的24V后该电位器可换成固定电阻。电阻R1为普通的碳摸电阻，阻值为120Ω。D6为IN4007，电容C4为10UF/50V。4、过压、短路保护电路元器件过压保护电路由三极管“Q1”、继电器“K”、电阻“R4”“R5”稳压二极管“VW”、二极管“D7”和电容“C6”组成。“F2”为短路保护熔断器，当负载短路时“F2”被瞬间熔断达到保护的目的。三极管”Q1”用9014、继电器“K”为SRD—6VDC—SL—C、稳压二极管“VW”为24V、“R4”“R5”为4.3KΩ和680Ω、电容“C6”为47UF/50V,二极管“D7”为IN4007.为防止继电器线圈产生电磁干扰，在继电器线圈上并接一只二极管“D7”加以抑制。三元器件的清单表1稳压电源元器件清单元器件名称型号规格数量(个)万能实验板70ｘ701块电源变压器220v/28v1第5页共7页整流二极管IN40077三端稳压器LM317。2三极管90141稳压二极管（13.5V）IN719或（2CW63/A/B、2DW12H）1滤波电容4700UF/50V1滤波电容470uF/50V、47uF/50V、1uF/50V各1电阻4.3kΩ、4.3kΩ、2.4kΩ、100Ω、680Ω各1继电器SRD—6VDC—SL—C1保险管（快速熔断丝）0.5A1四可调稳压电源的安装、焊接与调试5-1三端可调稳压电源线路图5-2三端可调稳压电源元器件位置图第6页共7页在安装焊接时，先必须对各个元器件进行检测，避免将不合格的和坏的元器件装入电路板。再把元器件按不同规格、参数和引脚一一对应的装入电路板上进行焊接，焊接的时候一定要注意元器件的整齐、焊点要光滑圆润、无虚焊假焊以及短路等现象。五24V稳压电源的功能要求稳压电源组装、焊接完成检查无错误后,将稳压电源按原理图要求接入试验箱中，通电后电源指示灯应显示亮。（一）测量其直流输出电压为+24V—25V，偏差不大于1V。（二）在实验中如有其它直流电压与该直流电压叠加时，过压保护电路应即刻切断输出的直流电压。（三）在实验中如有短路时，保护电路“快速熔断器F2”也应即刻熔断，无直流电压输出。（四）当出现上述的（二）、（三）情况时，不损坏稳压器的主要元器件。（五）稳压器的线路布局要合理、元器件安装要整齐、焊点要光滑圆润、无虚焊假焊以及短路现象。六故障排除（一）接通电源后电源指示灯不亮：1、检查滤波电容C1两端有无30V左右的直流电压，若无电压，则故障在保险管“F1”以前的电源变压器及整流滤波电路。若有直流电压，则故障在三端稳压器及调节电路和保护电路。2、检查线路的连接线有无接错。3检查保险管是不是好的。（二）如输出的直流电压+24V偏差很高或者很低，应检查电压调节电路中的RP、R1、D6和C4等元器件是否好坏或有开路现象。（三）当有其它直流电压与该直流电压叠加或短路时，保护电路无反应，应检查过压、短路保护电路中的三极管”Q1”、稳压二极管“VW”、继电器“K”二极管“D7”、电容“C6”和“R4”、“R6”是否好坏或有无开路现象。七结论该24V直流稳压电源结构简单、元器件少、制作方便、性能可靠，可广泛用于电压系数精度要求不高的设备和日常工作和生活中的电气设备。由于结构简单、元器件少、又有过压、短路保护电路。这种稳压电源价格低廉，不易损坏，即是损坏了维修也很方便简单。既可以降低成本、也能起到保护作用，因此更符合节约型理念和当今节能和环保的要求。第7页共7页参考文献[1].康华光电子技术基础[N]高等教育出版社1999[2].郭培源电子电路及电子器件[N]高等教育出版社2000[3].张金电子设计与制作100例[N]电子工业出版社2009.10[4].傅劲松电子制作实例集锦福建科学技术出版社2006.1[5].胡斌刘超胡松电子工程师必备—元器件应用宝典人民邮电出版社2011.1作者简介：邓安平（1953.11--），男，重庆信息技术职业学院实训中心实验室管理员，实验师。