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嵌入式硬件设计02-电源是否需要隔离?

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发表于 2018-12-28 09:30 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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嵌入式硬件设计02-电源是否需要隔离?

+ L+ n. {( `+ G, T7 H+ j+ D7 ]' V
7 q# o' A/ m7 v% k在产品设计时,倘若没有考虑应用环境对电源隔离的要求。产品到了应用时就会出现因设计方案的不当导致的系统不稳定,甚至出现高压损坏后级负载的情况,以及出现危害人身财产安全的情况。因此产品设计是否需要隔离至关重要。+ I# n+ n) h  E: E" e2 O) e7 v: ]

  v0 E# q- [- ?" }8 p& ^“南航一名23岁空姐在iPhone5充电时打电话被电死”,新闻在网上引起广泛关注。充电器也能能危害生命?专家分析手机充电器内部变压器漏电,220VAC的交流电漏电到直流端,并通过数据线传导到了手机金属壳上,最终导致触电身亡,发生无可挽回的悲剧。" m1 l! N" r0 h) ?! E
6 N' B- q. ]/ X8 D! s9 p0 C
那么手机充电器输出端为什么会带有220V的交流电呢?隔离电源的选型要注意哪些事项?如何区分电源是隔离与非隔离?业内通用的看法是:
9 V5 x: s( e3 y3 z" T8 t
  f6 m% e& n$ wl隔离电源:电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接,输入和输出之间是绝缘的高阻态,没有电流回路,如图1所示;. M! Z1 H: j# _

) @3 U  M3 v; a8 p( B
+ d, D! z; |+ z* z# k
图1  采用变压器的隔离电源
6 Y( s/ I/ o- B; U. r0 M2 ]
5 M* t* B6 E- |6 L: M* h
l非隔离电源:输入和输出之间有直接的电流回路,例如,输入和输出之间是共地的。以隔离的反激电路和非隔离的BUCK电路为例,如图2所示。( J( K2 L* T& I: S/ o
  T7 r" f0 N; l- e

4 B7 \2 t8 F: ?3 D
图2  非隔离电源

1 [8 S7 q5 n! v! [* n
! ]3 E+ \1 x3 u4 _+ k+ \( r0 e2 m一、隔离电源与非隔离电源的优缺点:
1 L; S3 d* z6 T; u1 z2 T
! ]/ }& C' v6 G9 a* y/ V结合常用的隔离与非隔离电源,我们从直观上就可得出它们的一些优缺点,如表1所示,两者的优缺点几乎是相反的。
  t# L7 {# O- f5 c
1 f( w! g3 y4 F. {: |表1  隔离电源和非隔离电源的优缺点
- T1 \# h% D) a. G  Z1 M
8 q) c# t9 Y: l8 q2 G/ J' H9 w1 `3 I
1 f. O: l# q. [& a8 U) ?( r

1 b7 T* w# I6 J二、隔离电源与非隔离电源的选择:7 p9 X, h# |8 S( ]7 l
/ {' n3 y# M( a+ H, w2 P7 v
通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知,它们各有优势,对于一些常用的嵌入式供电设计,我们可总结出其选择的场合。
- S. {8 U: ?- I4 P( r
% P& k" L, w. R' u1、隔离电源 :, C! E$ x2 K3 U  R! s1 p$ V; q

. `* U) M9 p* W! Y; \( Rl系统前级的电源,为提高抗干扰性能,保证可靠性,一般用隔离电源;! u( x; V7 w; }9 P3 Y
6 }% S& l7 }1 R3 V8 e+ @
l对安全有要求的场合,如需接市电的AC-DC,或医疗用的电源和白色家电,为保证人身的安全,   必须用隔离电源,如MPS的MP020,为原边反馈隔离型AC-DC,适合于1~10W应用 ;
, b. T# o$ i, Q0 v
, j" ]/ o) j" o# }& `  gl对于远程工业通信的供电,为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响,一般用隔离电源为每个通信节点单独供电;
  |% x) v' u7 o( e; f  J  S4 {; a/ N0 N( O$ L( q9 B
2、非隔离电源:: p6 g7 s7 i* G6 `. d, u8 f3 k# t

* s" d2 ]4 F4 l1 ~' l  al电路板内的IC或部分电路供电,从性价比和体积出发,优先选用非隔离的方案;如MPS的MP150/157/MP174系列buck型非隔离AC-DC,适合于1~5W应用9 O: ^+ n1 W; A" @. [
3 F$ H5 f  g6 g) p& E* G" p8 R; U
l对于工作电压低于36V,采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,优先采用非隔离供电,如MPS的MP2451/MPQ2451。( \3 z% n0 P5 y
+ s/ W& g+ l5 d8 M+ G
三、隔离电源模块选型的注意事项:) _) M8 z& Z& k& O( \5 |: n0 F
1 X( o1 ~7 S; D
l要注意是AC-DC还是DC-DC。广州致远电子专注直流DC-DC隔离电源模块的开发,拥有多达上百种型号。4 N$ |- e1 d" D( P/ K; c& V  O' h

( ^9 p' O$ K$ _6 Q+ N* ?0 ]l隔离电源模块的隔离耐压。例如隔离1000V DC 是否满足绝缘要求,广州致远电子的直流隔离模块从1000V DC 到6000V DC多个品种可供选择。
. @8 E* o8 Y' n5 R: D+ k, f
2 x% f, A- l- V! K/ Ql隔离电源模块是否有进行全面的可靠性测试。广州致远电子生产的电源模块经过了性能测试、容差测试、瞬态条件测试、可靠性测试、EMC电磁兼容测试、高低温测试、极限测试、寿命测试、安规测试等& g$ A4 q4 q* o1 N9 J: I6 g4 J4 i
" f4 K8 K0 P% j  ?$ m3 R8 @+ G
l隔离电源模块的生产工厂产线是否规范。广州致远电子的电源模块生产线通过了ISO9001, ISO14001,OHSAS18001等多项国际认证,如下图3所示。2 r( B* M& c4 }! J& ^
  Q& B5 S" g/ M( d7 G* i% _3 \
5 s( x) h. c6 E, G8 f- O$ h
图3  致远电子ISO认证

6 ]! n+ X8 O5 b# S- [  O0 d
7 {' ~- S6 Q7 Bl隔离电源模块是否有应用在工业、汽车等恶劣环境。ZLG致远电子的电源模块不仅仅大量应用与恶劣的工业环境,同时在新能源汽车的BMS管理系统中也游刃有余。
5 i; w. K$ C. b2 o' _( ~. x, i8 G4 P/ {
以上介绍了隔离电源和非隔离电源的区别,以及各自的优缺点、适应场合,以及隔离电源的选型注意事项,希望工程师在产品设计时能以此为参考,正确应用电源在产品的研发中,以及在产品出现故障后,快速定位问题所在。
8 Q; c+ S2 }) a) |. ^# R1 l9 m/ ^% @. y, D: l
而在隔离DC-DC电源方面,ZLG致远电子自主研发、生产的隔离电源模块已有近20年的行业积累,目前产品具有宽输入电压范围,隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多个系列,封装形式多样,兼容国际标准的SIP、DIP等封装。同时致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试,静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。! h8 R' l2 I- x, n$ `3 S

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