„23-letnia stewardesa linii lotniczych China Southern Airlines została porażona prądem podczas rozmowy na ładowanym iPhonie 5” – wiadomość ta odbiła się szerokim echem w internecie. Czy ładowarki mogą zagrażać życiu? Eksperci analizują upływ prądu z transformatora wewnątrz ładowarki telefonu komórkowego, upływ prądu przemiennego 220 V AC do wejścia DC, a następnie przez linię danych do metalowej obudowy telefonu komórkowego, co ostatecznie prowadzi do porażenia prądem, nieodwracalnej tragedii.
Dlaczego więc wyjście ładowarki do telefonu komórkowego jest zasilane prądem przemiennym 220 V? Na co należy zwrócić uwagę przy wyborze zasilacza izolowanego? Jak odróżnić zasilacze izolowane od nieizolowanych? W branży panuje powszechna opinia:
1. Izolowane źródło zasilania:Nie ma bezpośredniego połączenia elektrycznego pomiędzy pętlą wejściową a pętlą wyjściową zasilacza, a wejście i wyjście znajdują się w izolowanym stanie o dużej rezystancji bez pętli prądowej, jak pokazano na rysunku 1:
2. Zasilanie nieizolowane:Na przykład, pomiędzy wejściem a wyjściem występuje pętla prądu stałego, wejście i wyjście są wspólne. Jako przykłady podano izolowany obwód flyback i nieizolowany obwód BUCK, jak pokazano na rysunku 2. Rysunek 1. Izolowany zasilacz z transformatorem
1. Zalety i wady zasilania izolowanego i nieizolowanego
Zgodnie z powyższymi koncepcjami, w przypadku typowej topologii zasilania, zasilacz nieizolowany obejmuje głównie układy Buck, Boost, buck-boost itp. Zasilacz izolujący obejmuje głównie różnorodne topologie: flyback, forward, half-bridge, LLC i inne z transformatorami izolacyjnymi.
Łącząc powszechnie stosowane zasilacze izolowane i nieizolowane, możemy intuicyjnie dostrzec pewne ich zalety i wady, zalety i wady obu są niemal przeciwne.
Aby móc korzystać z zasilaczy izolowanych lub nieizolowanych, konieczne jest zrozumienie, w jaki sposób dany projekt wymaga zasilania. Zanim to jednak nastąpi, można zapoznać się z głównymi różnicami między zasilaczami izolowanymi i nieizolowanymi:
① Moduł izolacyjny charakteryzuje się wysoką niezawodnością, ale jest drogi i mało wydajny.
②Struktura modułu nieizolowanego jest bardzo prosta, tania, wydajna, ale ma słabe parametry bezpieczeństwa.
Dlatego w następujących przypadkach zaleca się korzystanie z izolowanego źródła zasilania:
① W przypadku wystąpienia ryzyka porażenia prądem elektrycznym, na przykład przy przełączaniu zasilania z sieci na niskie napięcie prądu stałego, należy stosować izolowane zasilanie prądem przemiennym i stałym;
② Magistrala komunikacyjna szeregowa przesyła dane przez sieci fizyczne, takie jak RS-232, RS-485 oraz lokalna sieć CAN (Controller Local Area Network). Każdy z tych połączonych systemów jest wyposażony we własne zasilanie, a odległości między nimi są często znaczne. Dlatego zazwyczaj konieczne jest odizolowanie zasilania w celu zapewnienia izolacji elektrycznej, aby zapewnić fizyczne bezpieczeństwo systemu. Izolacja i odcięcie pętli uziemienia chroni system przed przejściowymi skutkami wysokiego napięcia, a zniekształcenia sygnału są redukowane.
③ W przypadku zewnętrznych portów I/O, aby zagwarantować niezawodną pracę systemu, zaleca się odizolowanie zasilania portów I/O.
Podsumowanie przedstawiono w Tabeli 1, a zalety i wady obu rozwiązań są niemal przeciwstawne.
Tabela 1 Zalety i wady zasilaczy izolowanych i nieizolowanych
2. Wybór zasilania izolowanego i nieizolowanego
Rozumiejąc zalety i wady zasilaczy izolowanych i nieizolowanych, zauważyliśmy, że każdy z nich ma swoje zalety, dzięki czemu mogliśmy dokonać trafnej oceny kilku powszechnie dostępnych opcji zasilania wbudowanego:
① Zasilanie systemu jest zazwyczaj stosowane w celu zwiększenia odporności na zakłócenia i zapewnienia niezawodności.
② Zasilanie układu scalonego lub części obwodu na płytce drukowanej, począwszy od opłacalności i objętości, preferencyjne stosowanie schematów bez izolacji.
③ Ze względów bezpieczeństwa, jeśli konieczne jest podłączenie prądu przemiennego i stałego do sieci elektrycznej miejskiej lub do zasilania urządzeń medycznych, w celu zapewnienia bezpieczeństwa osób, należy użyć zasilacza. W niektórych przypadkach konieczne jest użycie zasilacza w celu wzmocnienia izolacji.
④ W przypadku zasilania zdalnej komunikacji przemysłowej, w celu efektywnego ograniczenia wpływu różnic geograficznych i zakłóceń sprzężenia przewodowego, do zasilania każdego węzła komunikacyjnego z osobna stosuje się zwykle oddzielne źródła zasilania.
⑤ W przypadku zasilania bateryjnego stosuje się zasilacze nieizolowane, co pozwala na wydłużenie czasu pracy baterii.
Rozumiejąc zalety i wady zasilania izolacyjnego i nieizolacyjnego, można stwierdzić, że mają one swoje zalety. Dla kilku powszechnie stosowanych projektów zasilaczy wbudowanych, możemy podsumować powody ich wyboru.
1.Izasilanie solarne
Aby poprawić parametry przeciwzakłóceniowe i zagwarantować niezawodność, zazwyczaj stosuje się izolację.
Ze względów bezpieczeństwa, jeśli zachodzi potrzeba podłączenia do prądu przemiennego i stałego sieci elektrycznej lub zasilania medycznego i białych urządzeń, w celu zapewnienia bezpieczeństwa osoby należy użyć zasilacza, takiego jak MPS MP020, do oryginalnego sprzężenia zwrotnego prądu przemiennego i stałego, odpowiedniego do zastosowań 1 ~ 10 W;
W przypadku zasilania zdalnych urządzeń komunikacji przemysłowej, w celu efektywnego ograniczenia wpływu różnic geograficznych i zakłóceń sprzężenia przewodowego, stosuje się na ogół oddzielne źródła zasilania do zasilania każdego węzła komunikacyjnego z osobna.
2. Zasilanie bez izolacji
Układ scalony IC lub jakiś obwód na płytce drukowanej jest zasilany w zależności od stosunku ceny do objętości, a preferowane jest rozwiązanie bez izolacji; takie jak seria MPS MP150/157/MP174, obniżający napięcie AC-DC bez izolacji, odpowiedni do 1 ~ 5 W;
W przypadku napięcia roboczego poniżej 36 V do zasilania stosuje się akumulator, obowiązują rygorystyczne wymagania dotyczące wytrzymałości i preferowane jest stosowanie zasilaczy bez izolacji, takich jak MP2451/MPQ2451 firmy MPS.
Zalety i wady zasilania izolacyjnego i nieizolacyjnego
Rozumiejąc zalety i wady zasilania izolacyjnego i nieizolacyjnego, można stwierdzić, że mają one swoje zalety. W przypadku niektórych powszechnie stosowanych zasilaczy wbudowanych, możemy zastosować się do następujących kryteriów oceny:
Ze względów bezpieczeństwa, jeśli zachodzi potrzeba podłączenia do prądu przemiennego i stałego sieci elektrycznej lub zasilania urządzeń medycznych, w celu zapewnienia bezpieczeństwa osób należy użyć zasilacza, a w niektórych przypadkach należy zastosować wzmocnienie izolacji zasilania.
Generalnie wymagania dotyczące napięcia izolacji zasilania modułu nie są bardzo wysokie, ale wyższe napięcie izolacji zapewnia mniejszy prąd upływu, większe bezpieczeństwo i niezawodność oraz lepsze parametry EMC. Dlatego ogólny poziom napięcia izolacji przekracza 1500 V DC.
3, środki ostrożności przy wyborze modułu zasilania izolacyjnego
Rezystancja izolacji zasilacza jest również nazywana wytrzymałością przeciwelektryczną w normie krajowej GB-4943. Norma GB-4943 to standardy bezpieczeństwa urządzeń informatycznych, często określane jako normy krajowe, mające na celu zapobieganie uszkodzeniom fizycznym i elektrycznym ludzi, w tym unikanie obrażeń spowodowanych porażeniem prądem elektrycznym, uszkodzeniami fizycznymi i eksplozją. Poniżej przedstawiono schemat struktury izolacji zasilania.
Schemat struktury zasilania izolacyjnego
Jako ważny wskaźnik mocy modułu, norma określa również standard izolacji i metodę badania odporności na ciśnienie. Zasadniczo, podczas prostych testów stosuje się test połączenia o równym potencjale. Schemat połączeń jest następujący:
Istotny diagram rezystancji izolacji
Metody testowe:
Ustaw napięcie rezystancji napięciowej na określoną wartość rezystancji napięciowej, prąd ustaw jako określoną wartość upływu, a czas ustaw na określoną wartość czasu testu;
Manometry ciśnienia roboczego rozpoczynają test i naciskają. W trakcie zalecanego czasu testu moduł powinien być bez śladów i bez łuku elektrycznego.
Należy pamiętać, że moduł mocy spawania należy wybrać w momencie testowania, aby uniknąć wielokrotnego spawania i uszkodzenia modułu mocy.
Dodatkowo zwróć uwagę:
1. Zwróć uwagę, czy jest to prąd AC-DC czy DC-DC.
2. Izolacja modułu zasilania izolacyjnego. Na przykład, czy napięcie 1000 V DC spełnia wymagania dotyczące izolacji.
3. Czy moduł zasilania izolacyjnego przeszedł kompleksowy test niezawodności? Moduł zasilania powinien zostać poddany testom wydajności, tolerancji, warunkom przejściowym, niezawodności, kompatybilności elektromagnetycznej EMC, testom wysokich i niskich temperatur, testom ekstremalnym, testom trwałości, testom bezpieczeństwa itp.
4. Czy linia produkcyjna izolowanego modułu zasilania jest znormalizowana? Linia produkcyjna modułu zasilania musi spełniać szereg międzynarodowych certyfikatów, takich jak ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 itp., jak pokazano na rysunku 3 poniżej.
Rysunek 3 Certyfikacja ISO
5. Czy moduł zasilania izolacyjnego jest stosowany w trudnych warunkach, takich jak przemysł i motoryzacja? Moduł zasilania jest stosowany nie tylko w trudnych warunkach przemysłowych, ale również w systemie zarządzania BMS pojazdów zasilanych nowymi źródłami energii.
4,TPercepcja mocy izolacji i mocy nieizolacji
Przede wszystkim wyjaśniono pewne nieporozumienie: wiele osób uważa, że zasilanie nieizolowane nie jest tak dobre, jak zasilanie izolowane, ponieważ izolowane źródło zasilania jest drogie, a zatem musi być drogie.
Dlaczego, zdaniem wszystkich, lepiej jest teraz stosować zasilanie izolacyjne niż nieizolacyjne? W rzeczywistości ta idea ma pozostać w mocy sprzed kilku lat. Ponieważ stabilność nieizolacyjna w poprzednich latach rzeczywiście nie zapewniała izolacji ani stabilności, ale dzięki ulepszeniu technologii badawczo-rozwojowej, nieizolacja jest teraz bardzo dojrzała i staje się bardziej stabilna. Mówiąc o bezpieczeństwie, zasilanie nieizolacyjne jest również bardzo bezpieczne. O ile konstrukcja zostanie nieznacznie zmieniona, nadal jest bezpieczne dla ludzkiego ciała. Z tego samego powodu zasilanie nieizolacyjne może również spełniać wiele standardów bezpieczeństwa, takich jak: Ultuvsaace.
W rzeczywistości, główną przyczyną uszkodzenia zasilacza bez izolacji jest przepięcie na obu końcach linii prądu przemiennego. Można również powiedzieć, że fala uderzeniowa jest przepięciem. To napięcie jest natychmiastowym wysokim napięciem na obu końcach linii prądu przemiennego, czasami sięgającym trzech tysięcy woltów. Ale czas jest bardzo krótki, a energia jest niezwykle silna. Dzieje się tak podczas burzy lub na tej samej linii prądu przemiennego, gdy odłączone jest duże obciążenie, ponieważ wystąpi również bezwładność prądu. Obwód izolacji BUCK natychmiast przekaże na wyjście, uszkodzi pierścień detekcji stałego prądu lub dodatkowo uszkodzi układ, powodując przepływ 300 V i spalenie całej lampy. W przypadku zasilacza antyagresywnego z izolacją, tranzystor MOS zostanie uszkodzony. Zjawisko to polega na przepaleniu pamięci, układu i lamp MOS. Teraz zasilacz sterowany diodami LED jest zły podczas użytkowania, a ponad 80% to te dwa podobne zjawiska. Co więcej, małe zasilacze impulsowe, nawet te zasilane z zasilacza, często ulegają uszkodzeniu z powodu tego zjawiska, wywołanego napięciem falowym, a w przypadku zasilaczy LED zjawisko to jest jeszcze częstsze. Dzieje się tak, ponieważ charakterystyki obciążenia diod LED są szczególnie wrażliwe na napięcie falowe.
Zgodnie z ogólną teorią, im mniej elementów w obwodzie elektronicznym, tym wyższa niezawodność, a im niższa niezawodność płytki drukowanej. W rzeczywistości obwody bez izolacji są mniej niezawodne niż obwody izolacyjne. Dlaczego niezawodność obwodu izolacyjnego jest wysoka? W rzeczywistości nie jest to niezawodność, ale obwód bez izolacji jest zbyt wrażliwy na przepięcia, ma słabą zdolność hamowania i jest obwodem izolacyjnym, ponieważ energia najpierw trafia do transformatora, a następnie jest transportowana z transformatora do obciążenia LED. Obwód buck jest częścią zasilania wejściowego bezpośrednio do obciążenia LED. Dlatego ten pierwszy ma duże ryzyko uszkodzenia przepięcia w tłumieniu i tłumieniu, więc jest ono niewielkie. W rzeczywistości problem braku izolacji wynika głównie z problemu przepięć. Obecnie problem ten polega na tym, że tylko diody LED są widoczne z prawdopodobieństwa, że są widoczne z prawdopodobieństwa. Dlatego wiele osób nie zaproponowało dobrej metody zapobiegania. Coraz więcej osób nie wie, czym jest napięcie falowe. Diody LED ulegają uszkodzeniu, a przyczyna nie jest znana. Na koniec zostaje tylko jedno zdanie. Co z tym zasilaczem, że jest niestabilny i to się ustabilizuje. Gdzie jest ten konkretny niestabilny, nie wie.
Zasilanie bez izolacji jest bardziej wydajne, a drugą zaletą jest niższy koszt.
Zasilacz bezizolacyjny nadaje się do następujących zastosowań: Po pierwsze, do lamp wewnętrznych. Takie wewnętrzne środowisko elektryczne jest lepsze, a wpływ fal jest niewielki. Po drugie, zasilanie jest stosowane przy niskim napięciu i małym natężeniu prądu. Zasilacz bezizolacyjny nie ma sensu w przypadku prądów o niskim napięciu, ponieważ sprawność zasilaczy niskonapięciowych i dużych prądach nie jest wyższa niż w przypadku zasilaczy z izolacją, a ich koszt jest niższy. Po trzecie, zasilacz bezizolacyjny jest stosowany w stosunkowo stabilnym środowisku. Oczywiście, jeśli istnieje sposób na rozwiązanie problemu tłumienia przepięć, zakres zastosowań zasilacza bezizolacyjnego znacznie się poszerzy!
Ze względu na problem fal, nie należy lekceważyć wskaźnika uszkodzeń. Generalnie, rodzaj naprawianego zwrotu, uszkodzenia ubezpieczenia, chipa i MOS powinny być pierwszymi, na które należy zwrócić uwagę, biorąc pod uwagę problem fal. Aby zmniejszyć wskaźnik uszkodzeń, należy uwzględnić czynniki udarowe podczas projektowania lub wyłączyć użytkowników podczas użytkowania i unikać przepięć. (Na przykład lampy wewnętrzne, należy je tymczasowo wyłączyć podczas walki).
Podsumowując, stosowanie izolacji i braku izolacji często wynika z problemu przepięć falowych, a problem fal i środowiska elektrycznego jest ściśle ze sobą powiązany. Dlatego często nie da się jednocześnie ograniczyć stosowania zasilania izolacyjnego i nieizolacyjnego. Koszty są bardzo korzystne, dlatego konieczne jest wybranie zasilania nieizolacyjnego lub izolacyjnego do zasilania diod LED.
5. Podsumowanie
W tym artykule przedstawiono różnice między zasilaniem izolacyjnym a nieizolacyjnym, a także ich zalety i wady, możliwości adaptacji oraz dobór odpowiedniego zasilania izolacyjnego. Mam nadzieję, że inżynierowie wykorzystają to jako punkt odniesienia w projektowaniu produktów. A po awarii produktu szybko zlokalizują problem.
Czas publikacji: 08-07-2023
