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比對隔離電源與非隔離電源

發(fā)布時間:2023-05-31 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】在給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計電源電路,或選用成品電源模塊時,要考慮的重要問題之一就是用隔離還是非隔離的電源方案。在進(jìn)行討論之前,我們先了解下隔離與非隔離的概念,及兩者的主要特點(diǎn)。


在給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計電源電路,或選用成品電源模塊時,要考慮的重要問題之一就是用隔離還是非隔離的電源方案。在進(jìn)行討論之前,我們先了解下隔離與非隔離的概念,及兩者的主要特點(diǎn)。

一、電源隔離與非隔離的概念

電源的隔離與非隔離,主要是針對開關(guān)電源而言,業(yè)內(nèi)比較通用的看法是:

1、隔離電源:電源的輸入回路和輸出回路之間沒有直接的電氣連接,輸入和輸出之間是絕緣的高阻態(tài),沒有電流回路。
2、非隔離電源:輸入和輸出之間有直接的電流回路,例如,輸入和輸出之間是共地的。

隔離電源示意圖如圖所示。


比對隔離電源與非隔離電源


二、隔離電源與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)

由上述概念可知,對于常用的電源拓?fù)涠?,非隔離電源主要有:Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔離電源主要有各種帶隔離變壓器的反激、正激、半橋、LLC等拓?fù)洹?br style="padding: 0px; margin: 0px auto;"/>
結(jié)合常用的隔離與非隔離電源,我們從直觀上就可得出它們的一些優(yōu)缺點(diǎn),兩者的優(yōu)缺點(diǎn)幾乎是相反的。

使用隔離或非隔離的電源,需了解實(shí)際項目對電源的需求是怎樣的,但在此之前,可了解下隔離和非隔離電源的主要差別:

1、隔離模塊的可靠性高,但成本高,效率差點(diǎn)。
2、非隔離模塊的結(jié)構(gòu)很簡單,成本低,效率高,安全性能差。

因此,在如下幾個場合,建議用隔離電源:

1、涉及可能觸電的場合,如從電網(wǎng)取電,轉(zhuǎn)成低壓直流的場合,需用隔離的AC-DC電源;
2、串行通信總線通過RS-232、RS-485和控制器局域網(wǎng)(CAN)等物理網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù),這些相互連接的系統(tǒng)每個都配備有自己的電源,而且各系統(tǒng)之間往往間隔較遠(yuǎn),因此,我們通常需要隔離電源進(jìn)行電氣隔離來確保系統(tǒng)的物理安全,且通過隔離切斷接地回路,來保護(hù)系統(tǒng)免受瞬態(tài)高電壓沖擊,同時減少信號失真;
3、對外的I/O端口,為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,也建議對I/O端口做電源隔離。


比對隔離電源與非隔離電源
比對隔離電源與非隔離電源


三、隔離與非隔離電源的應(yīng)用場合

通過了解隔離與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)可知,它們各有優(yōu)勢,對于一些常用的嵌入式供電選擇,我們已可做成準(zhǔn)確的判斷:
1、 系統(tǒng)前級的電源,為提高抗干擾性能,保證可靠性,一般用隔離電源。
2、 電路板內(nèi)的IC或部分電路供電,從性價比和體積出發(fā),優(yōu)先選用非隔離的方案。
3、 對安全有要求的場合,如需接市電的AC-DC,或醫(yī)療用的電源,為保證人身的安全,必須用隔離電源,有些場合還必須用加強(qiáng)隔離的電源。
4、 對于遠(yuǎn)程工業(yè)通信的供電,為有效降低地電勢差和導(dǎo)線耦合干擾的影響,一般用隔離電源為每個通信節(jié)點(diǎn)單獨(dú)供電。
5、 對于采用電池供電,對續(xù)航力要求嚴(yán)苛的場合,采用非隔離供電。

四、抗電強(qiáng)度

電源的隔離耐壓在GB-4943國標(biāo)中又叫抗電強(qiáng)度,這個GB-4943標(biāo)準(zhǔn)就是我們常說的信息類設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn),就是為了防止人員受到物理和電氣傷害的國家標(biāo)準(zhǔn),其中包括避免人受到電擊傷害、物理傷害、爆炸等傷害。如下圖為隔離電源結(jié)構(gòu)圖。


比對隔離電源與非隔離電源
隔離電源結(jié)構(gòu)圖


作為模塊電源的重要指標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了隔離耐壓相關(guān)測試方法,簡單的測試時一般采用等電位連接測試,連接示意圖如下:


比對隔離電源與非隔離電源
隔離耐壓測試示意圖


測試方法:

將耐壓計的電壓設(shè)為規(guī)定的耐壓值,電流設(shè)為規(guī)定的漏電流值,時間設(shè)為規(guī)定的測試時間值;

操作耐壓計開始測試,開始加壓,在規(guī)定的測試時間內(nèi),模塊應(yīng)無擊穿,無飛弧現(xiàn)象。
注意在測試時焊接電源模塊要選取合適的溫度,避免反復(fù)焊接,損壞電源模塊。

五、那么隔離電源與非隔離電源比較有什么的優(yōu)缺點(diǎn)呢?

隔離電源與非隔離電源優(yōu)缺點(diǎn)


比對隔離電源與非隔離電源


通過了解隔離與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)可知,它們各有優(yōu)勢,對于一些常用的嵌入式供電選擇,我們可遵循以下判斷條件:

對安全有要求的場合,如需接市電的AC-DC,或醫(yī)療用的電源,為保證人身的安全,必須用隔離電源,有些場合還必須用加強(qiáng)隔離的電源。

一般場合使用對模塊電源隔離電壓要求不是很高,但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,因此目前業(yè)界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上。


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