FX0S-20MR型PLC的驱动板电路优化方案

（见图4-10）

FX0S-20MR型PLC的驱动板电路，包括24V/5V的直流-直流变换电路、24V继电器驱动电源检测电路、X端子输入信号电路和输出继电器驱动电路等。

【24V/5V的DC-DC转换电路】 早期电子电路中，多由线性稳压电源取得CPU主板的5V供电，如采用LM7805稳压IC，但线性电源的缺点是自身功耗较大，效率低，仅适用于低压差供电（即输入、输出电压差不宜过高）时降压（稳压）应用，需考虑稳压IC的散热。若输入、输出电压差过大，如输入24V，输出5V，则电路80％的功率损耗在稳压电源电路本身，负载电路分配功率变小，造成电能的浪费。DC-DC转换电路，是一种将直流电能转换为另一固定（或可调）直流电能的电路，对输入电压不但能起降压作用，也能进行升压，而且电路工作于高频开关状态，电路自身功耗极低（效率高），安培级电流应用，甚至可以省去散热片。因功耗小，允许较大的输入、输出电压差，输入电压范围更宽。因工作于高频开关状态，采用较小的滤波电容容量，可得到较小纹波的直流供电。

从电路板来的24V电源，要经DC-DC变换电路，取得5V供电，经CN3端子供CPU主板。采用IC1（IR3M03A）DC-DC转换芯片来完成DC24V/DC5V的变换任务，IR3M03A的内部电路的原理框图如图4-11所示。

IR3M03A芯片，是一单片双极型器件集成电路，专用于DC-DC变换器的控制部分。芯片内部含有带温度补偿的带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关，能输出1.5A的开关电流。输入电压范围为1.25～40V，输出电压范围为2.5～40V，工作频率为100Hz～100kHz，输入/输出最大压差为40V，功耗900mW。工作温度－20～＋70℃。使用极少的外部元件，即可构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器电路。下面以24V/5V的实际电路为例，说明其工作原理（见图4-12）。

输入DC24V电流加到IC1的电源输入端6脚，串接电流信号检测电阻R6后输入到1、8脚内部驱动级和输出级开关管的集电极，同时R6上的电压降（电流检测）信号，输入7脚内部电流限制电路，经处理后输入振荡器，当R6的电压降达到一定幅值时，控制振荡器输出脉冲的占空比，使输出级开关管的截止时间变长，电路退出过载状态；3脚外接电容C2为定时电容，与内部电路一起，构成振荡器，电路的振荡频率取决于C2容量的大小；5脚为输出电压反馈信号输入端，内部电路为一个同相端基准电压为1.25V的电压比较器，当反馈电压信号高于1.25V时和低于1.25V时，电压比较器控制RS触发器的翻转，进而控制输出级开关管的截止/导通时间比，维持输出电压的稳定。改变输出电压采样电路R1、R2的比值，可调整输出电压的高低，Vo=1.25V（1＋R1/R2）；2脚为内部输出级开关管的发射极，外接元件CH1为储能电感，D2为续流二极管，当内部开关管饱和导通时，CH1经C12流入电流，进行储能，流过CH1的电流方向为左正右负；当内部开关管截止时，因流过CH1的电流方向不能突变，故产生右正左负的感应电动势，经续流二极管D2形成“能量泄放”回路，从而在电容C12上得到负载电压。

图4-10 FXOS-20MR型PLC的驱动板电路

图4-11 IR3M03A芯片内部原理框图

图4-12 由IR3M03A芯片组成的24V/5V变换电路(www.xing528.com)

【X端子输入信号电路】 X端子信号输入电路，采用光耦合器电路，实现对输入开关量信号的隔离传输，能达到较好的抗干扰效果。光耦合器电路，其输入、输出侧电路，需要两路隔离供电电源，输入侧供电，即为开关电源输出的DC24V电源，当X端子外接开关元件闭合时，形成24V正端、光耦合器内部输入侧发光二极管、限流电阻到COM（24V电源负端）的输入电流通路，光耦合器输出侧晶体管饱和导通，将“0”电平的输入信号经CN3端子，馈入CPU的信号输入脚。

X0～X3等4个端子，采用TLP120型光耦合器，输入侧限流电阻R20～R23，比X4端子后各路输入电路的取值要小，以形成较大的输入电流，这4个端子也可以用于高速开关量信号（如编码器输出的脉冲）输入。输出侧晶体管集电极的上拉电阻，其阻值也小于其他信号电路。将光耦合器的输入、输出侧的工作电流加大，以提高其传输高速信号的能力，这是X0～X3用于高速信号传输的硬件基础。故障检修中，需注意X0～X3端子内部输入信号传输电路的元件取值。

其他各路信号输出电路，采用两片集成光耦合器器件，每片器件内含四路光耦合器，完成12点输入信号的处理。

【Y端子输出信号电路】 主要为输出继电器驱动电路，从CPU主板（CPU引脚）输出的输出继电器动作信号，经CN3端子，输入功率反相器电路IC8（TD62083F），由IC8直接驱动Y输出继电器线圈，据程序运行使继电器输出相应的触点信号。IC1器件为高压大电流达林顿晶体管阵列产品，内含8路功率反相器电路，最高输出电压50V，最大电流输出能力500mA，可直接驱动继电器、小型电磁阀、微型电机等。

其内部电路如图4-13（其中一路功率反相器电路）所示，为双极型晶体管达林顿复合放大电路，输出端（输出晶体管集电极）和供电电源正端设有输出钳位二极管，驱动继电器负载时，用以吸收继电器线圈电源开断期间产生的反电动势，继电器线圈两端不必另行并入抑制反压的二极管了。

如图4-13所示功率反相器电路，当输入高电平信号时，两只晶体管均饱和导通，相当于输出端与GND端短接，输出为低电平信号，形成“灌入”电流，外接继电器线圈得电被驱动；当输入为低电平信号时，两只晶体管处于截止状态，输出端与GND变为“高阻态”，外接继电器失电恢复原状态。8路继电器的控制动作信号经8个Y输出端子，输出至外接控制线路。

图4-13 TD62083内部1路反相器电路

本例PLC电路，输入12点，输出8点，为20点PLC产品。

【输出继电器24V电源检测电路】控制信号的正常输出，不仅取决于CPU主板输出正确的控制信号，也同时取决于继电器驱动电路是否能正常工作——继电器24V工作电源是否正常。稳压二极管ZD1、晶体管TR1、TR2等元件组成输出继电器24V电源检测电路。当继电器线圈供电24V电源正常时，ZD1处于反向击穿状态，晶体管TR1导通，TR2截止，将高电平信号送往后级电路，Y端子输出状态指示灯正常点亮，指示继电器的工作状态；当24V低于ZD1稳压值（18V）时，有可能出现输出继电器得电不能良好吸合的故障状态，此时ZD1退出击穿状态，TR1失去偏压而截止，TR2由R5得到正向偏压而导通，将低电平的故障信号送往后级电路，Y端子输出指示灯全部熄灭，同时CPU输出系统故障信号，点亮CPU.E故障指示灯，提示系统故障，程序运行停止。