„23-letnia stewardessa linii China Southern Airlines została porażona prądem podczas rozmowy przez ładowany iPhone5” – wiadomość odbiła się szerokim echem w Internecie.Czy ładowarki mogą zagrażać życiu?Eksperci analizują upływ transformatora wewnątrz ładowarki telefonu komórkowego, upływ prądu przemiennego 220 V AC do końca prądu stałego i przez linię danych do metalowej obudowy telefonu komórkowego, co ostatecznie prowadzi do porażenia prądem, co oznacza nieodwracalną tragedię.
Dlaczego więc na wyjściu ładowarki telefonu komórkowego występuje napięcie 220 V AC?Na co powinniśmy zwrócić uwagę przy wyborze zasilacza izolowanego?Jak odróżnić zasilacze izolowane od nieizolowanych?Powszechny pogląd w branży jest następujący:
1. Izolowane zasilanie: Nie ma bezpośredniego połączenia elektrycznego pomiędzy pętlą wejściową a pętlą wyjściową zasilacza, a wejście i wyjście znajdują się w stanie izolowanym o wysokiej rezystancji bez pętli prądowej, jak pokazano na rysunku 1:
2, nieizolowany zasilacz:pomiędzy wejściem a wyjściem istnieje pętla prądu stałego, na przykład 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 zasilacza izolowanego i nieizolowanego
Zgodnie z powyższymi koncepcjami, w przypadku powszechnej topologii zasilania, nieizolowany zasilacz obejmuje głównie Buck, Boost, Buck-Boost itp. Zasilacz izolacyjny ma głównie różne typy flyback, forward, half-bridge, LLC i inne topologie z transformatorami izolującymi.
W połączeniu z powszechnie używanymi izolowanymi i nieizolowanymi zasilaczami możemy intuicyjnie poznać niektóre z ich zalet i wad, przy czym zalety i wady tych dwóch są niemal przeciwne.
Aby używać izolowanych lub nieizolowanych zasilaczy, konieczne jest zrozumienie, w jaki sposób rzeczywisty projekt potrzebuje zasilaczy, ale wcześniej można zrozumieć główne różnice między izolowanymi i nieizolowanymi zasilaczami:
① Moduł izolacyjny charakteryzuje się wysoką niezawodnością, ale wysokim kosztem i niską wydajnością.
②Struktura nieizolowanego modułu jest bardzo prosta, ma niski koszt, wysoką wydajność i słabe bezpieczeństwo.
Dlatego w następujących przypadkach zaleca się stosowanie izolowanego źródła zasilania:
① W przypadku możliwego porażenia prądem elektrycznym, np. pobierania energii elektrycznej z sieci do sytuacji prądu stałego o niskim napięciu, należy zastosować izolowane źródło zasilania AC-DC;
② Magistrala komunikacji szeregowej przesyła dane poprzez sieci fizyczne, takie jak RS-232, RS-485 i sieć lokalną sterownika (CAN).Każdy z tych wzajemnie połączonych systemów jest wyposażony we własne zasilanie, a odległość między systemami jest często duża.Dlatego zwykle musimy odizolować źródło zasilania w celu izolacji galwanicznej, aby zapewnić fizyczne bezpieczeństwo systemu.Izolując i odcinając pętlę uziemiającą, system jest chroniony przed przejściowymi uderzeniami wysokiego napięcia, a zniekształcenia sygnału są zmniejszone.
③ W przypadku zewnętrznych portów I/O, aby zapewnić niezawodne działanie systemu, zaleca się odizolowanie zasilania portów I/O.
Podsumowanie tabeli pokazano w tabeli 1, a zalety i wady obu rozwiązań są prawie przeciwne.
Tabela 1 Zalety i wady zasilaczy izolowanych i nieizolowanych
2, wybór mocy izolowanej i nieizolowanej
Rozumiejąc zalety i wady izolowanych i nieizolowanych zasilaczy, każdy z nich ma swoje zalety i mogliśmy dokonać trafnej oceny niektórych popularnych opcji wbudowanych zasilaczy:
① Zasilanie systemu jest powszechnie stosowane w celu poprawy działania przeciwzakłóceniowego i zapewnienia niezawodności.
② Zasilanie układu scalonego lub części obwodu na płytce drukowanej, począwszy od opłacalności i objętości, preferowane wykorzystanie schematów nieizolowanych.
③ Ze względu na wymogi bezpieczeństwa, jeśli chcesz podłączyć AC-DC Miejskiej Energii Elektrycznej lub zasilacz do użytku medycznego, aby zapewnić bezpieczeństwo osoby, musisz użyć zasilacza.W niektórych przypadkach konieczne jest użycie zasilacza w celu wzmocnienia izolacji.
④ Do zasilania zdalnej komunikacji przemysłowej, w celu skutecznego ograniczenia skutków różnic geograficznych i zakłóceń łączenia przewodów, zwykle stosuje się oddzielne zasilanie do zasilania każdego węzła komunikacyjnego z osobna.
⑤ W przypadku zasilania akumulatorowego stosuje się zasilacz nieizolowany, aby zapewnić maksymalną trwałość akumulatora.
Rozumiejąc zalety i wady mocy izolacyjnej i nieizolacyjnej, mają one swoje własne zalety.W przypadku niektórych powszechnie stosowanych konstrukcji zasilaczy wbudowanych możemy podsumować przypadki ich wyboru.
1.Izasilanie izolacyjne
Aby poprawić działanie przeciwzakłóceniowe i zapewnić niezawodność, powszechnie stosuje się izolację.
Ze względu na wymogi bezpieczeństwa w przypadku konieczności podłączenia się do sieci AC-DC Miejskiej Energii Elektrycznej lub źródła zasilania do celów medycznych i urządzeń białych, w celu zapewnienia bezpieczeństwa danej osoby, należy skorzystać z zasilacza, taki jak MPS MP020, dla oryginalnego sprzężenia zwrotnego AC-DC, odpowiedni do zastosowań 1 ~ 10 W;
Do zasilania zdalnej komunikacji przemysłowej, aby skutecznie zmniejszyć skutki różnic geograficznych i zakłóceń łączenia przewodów, zwykle stosuje się oddzielne zasilanie do zasilania każdego węzła komunikacyjnego z osobna.
2. Zasilanie nieizolowane
Układ scalony lub jakiś obwód na płytce drukowanej jest zasilany stosunkiem ceny do objętości i preferowane jest rozwiązanie bez izolacji;takie jak seria MPS MP150/157/MP174, nieizolowane AC-DC, odpowiednie dla 1 ~ 5 W;
W przypadku napięcia roboczego poniżej 36 V do zasilania używany jest akumulator, przy czym istnieją rygorystyczne wymagania dotyczące wytrzymałości i preferowany jest zasilacz nieizolowany, taki jak MP2451/MPQ2451 firmy MPS.
Zalety i wady zasilania izolacyjnego i nieizolowanego
Rozumiejąc zalety i wady zasilaczy izolowanych i nieizolowanych, mają one swoje zalety.W przypadku niektórych powszechnie używanych zasilaczy wbudowanych możemy zastosować się do następujących warunków oceny:
Ze względów bezpieczeństwa, jeśli konieczne jest podłączenie do prądu przemiennego-DC miejskiej sieci energetycznej lub źródła zasilania medycznego, aby zapewnić bezpieczeństwo danej osoby, należy skorzystać z zasilacza, a w niektórych przypadkach należy wykorzystać go do zwiększyć izolację zasilania.
Ogólnie rzecz biorąc, wymagania dotyczące napięcia izolacji zasilania modułu nie są bardzo wysokie, ale wyższe napięcie izolacji może zapewnić, że zasilacz modułu będzie miał mniejszy prąd upływowy, większe bezpieczeństwo i niezawodność, a właściwości EMC będą lepsze.Dlatego ogólny poziom napięcia izolacji przekracza 1500 V prądu stałego.
3, środki ostrożności przy wyborze modułu mocy izolacyjnej
W normie krajowej GB-4943 rezystancja izolacji zasilacza nazywana jest również wytrzymałością przeciwelektryczną.Ta norma GB-4943 to standardy bezpieczeństwa sprzętu informatycznego, o których często mówimy, aby uniemożliwić ludziom przestrzeganie krajowych standardów fizycznych i elektrycznych, w tym unikanie unikania. Ludzie ulegają uszkodzeniom w wyniku porażenia prądem, uszkodzeń fizycznych lub eksplozji.Jak pokazano poniżej, schemat struktury zasilacza izolacyjnego.
Schemat struktury mocy izolacji
Jako ważny wskaźnik mocy modułu, norma określa również standard izolacji i metody badania odporności na ciśnienie.Ogólnie rzecz biorąc, test połączenia o równym potencjale jest zwykle stosowany podczas prostych testów.Schemat podłączenia wygląda następująco:
Znaczący wykres rezystancji izolacji
Metody testowe:
Ustaw napięcie rezystancji napięciowej na określoną wartość rezystancji napięcia, prąd zostanie ustawiony jako określona wartość upływu, a czas zostanie ustawiony na określoną wartość czasu testu;
Manometry ciśnienia roboczego rozpoczynają testowanie i rozpoczynają prasowanie.W wyznaczonym czasie testu moduł powinien być czysty i wolny od łuku elektrycznego.
Należy pamiętać, że moduł mocy spawania powinien zostać wybrany w momencie przeprowadzania testów, aby uniknąć wielokrotnego spawania i uszkodzenia modułu mocy.
Ponadto zwróć uwagę:
1. Zwróć uwagę, czy jest to AC-DC, czy DC-DC.
2. Izolacja modułu mocy izolacyjnej.Na przykład, czy napięcie stałe 1000 V spełnia wymagania dotyczące izolacji.
3. Czy moduł mocy izolacyjnej przeszedł kompleksowy test niezawodności.Moduł zasilania należy wykonać poprzez testowanie wydajności, testowanie tolerancji, warunki przejściowe, testowanie niezawodności, test kompatybilności elektromagnetycznej EMC, testowanie w wysokiej i niskiej temperaturze, testowanie ekstremalne, testowanie żywotności, testowanie bezpieczeństwa itp.
4. Czy linia produkcyjna izolowanego modułu mocy jest znormalizowana.Linia produkcyjna modułów mocy musi przejść szereg międzynarodowych certyfikatów, takich jak ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 itp., jak pokazano na rysunku 3 poniżej.
Rysunek 3 Certyfikat ISO
5. Czy izolacyjny moduł mocy jest stosowany w trudnych warunkach, takich jak przemysł i samochody.Moduł mocy ma zastosowanie nie tylko w trudnych warunkach przemysłowych, ale także w systemie zarządzania BMS pojazdów nowych energii.
4,TPostrzeganie mocy izolacyjnej i nieizolacyjnej
Przede wszystkim wyjaśniono nieporozumienie: wiele osób uważa, że moc nieizolowana nie jest tak dobra jak moc izolowana, ponieważ izolowane zasilanie jest drogie, więc musi być drogie.
Dlaczego teraz w odczuciu wszystkich lepiej jest zastosować moc izolacji niż nieizolację?Tak naprawdę pomysł ten ma pozostać w pomyśle sprzed kilku lat.Ponieważ stabilność bez izolacji w poprzednich latach rzeczywiście nie wiązała się z izolacją i stabilnością, ale dzięki aktualizacji technologii badawczo-rozwojowej brak izolacji jest obecnie bardzo dojrzały i staje się coraz bardziej stabilny.Mówiąc o bezpieczeństwie, tak naprawdę zasilanie nieizolacyjne jest również bardzo bezpieczne.Dopóki struktura zostanie nieznacznie zmieniona, nadal jest bezpieczna dla ludzkiego organizmu.Z tego samego powodu zasilanie nieizolacyjne może również spełniać wiele standardów bezpieczeństwa, takich jak: Ultuvsaace.
W rzeczywistości podstawową przyczyną uszkodzenia nieizolowanego zasilacza są skoki napięcia na obu końcach linii zasilającej prądu przemiennego.Można też powiedzieć, że fala piorunowa jest przypływem.Napięcie to jest natychmiastowym wysokim napięciem na obu końcach linii napięcia prądu przemiennego, czasami sięgającym nawet trzech tysięcy woltów.Ale czas jest bardzo krótki, a energia niezwykle silna.Stanie się tak podczas burzy lub na tej samej linii prądu przemiennego, gdy zostanie odłączone duże obciążenie, ponieważ wystąpi również bezwładność prądu.Izolujący obwód BUCK natychmiast przekaże sygnał na wyjście, uszkodzi pierścień wykrywający prąd stały lub jeszcze bardziej uszkodzi chip, powodując przejście napięcia 300 V i spalenie całej lampy.W przypadku izolowanego antyagresywnego zasilacza MOS zostanie uszkodzony.Zjawisko polega na wypaleniu pamięci, chipa i lamp MOS.Teraz zasilacz napędzany diodami LED jest zły podczas użytkowania, a ponad 80% to dwa podobne zjawiska.Co więcej, mały zasilacz impulsowy, nawet jeśli jest to zasilacz, często ulega uszkodzeniu na skutek tego zjawiska, które spowodowane jest napięciem falowym, a w zasilaczach LED jest to jeszcze częstsze.Dzieje się tak dlatego, że charakterystyka obciążenia diody LED szczególnie boi się fal.Napięcie.
Zgodnie z ogólną teorią, im mniej elementów w obwodzie elektronicznym, tym wyższa niezawodność, a im niższa, tym większa niezawodność płytki drukowanej komponentu.W rzeczywistości obwody nieizolowane są mniejsze niż obwody izolujące.Dlaczego niezawodność obwodu izolującego jest wysoka?W rzeczywistości nie jest to niezawodność, ale obwód nieizolowany jest zbyt wrażliwy na przepięcia, słabą zdolność hamowania i obwód izolujący, ponieważ energia najpierw wchodzi do transformatora, a następnie przenosi ją do obciążenia LED z transformatora.Obwód buck jest częścią zasilania wejściowego bezpośrednio do obciążenia LED.Dlatego ten pierwszy ma dużą szansę na uszkodzenie tłumienia i tłumienia wzrostu, więc jest niewielki.W rzeczywistości problem braku izolacji wynika głównie z problemu przepięć.Obecnie problem polega na tym, że na podstawie prawdopodobieństwa można zobaczyć tylko lampy LED.Dlatego wiele osób nie zaproponowało dobrej metody zapobiegania.Wiele osób nie wie, jakie jest napięcie fali.Lampy LED są uszkodzone i nie można znaleźć przyczyny.Na końcu jest tylko jedno zdanie.Co do tego zasilacza to jest niestabilne i to się wyjaśni.Gdzie jest konkretna niestabilność, nie wie.
Zasilacz nieizolowany to wydajność, a po drugie, koszt jest korzystniejszy.
Zasilanie nieizolacyjne nadaje się na okazje: Przede wszystkim są to lampy wewnętrzne.To wewnętrzne środowisko elektryczne jest lepsze, a wpływ fal jest niewielki.Po drugie, okazją do użycia jest małe napięcie i mały prąd.Brak izolacji nie ma znaczenia w przypadku prądów o niskim napięciu, ponieważ wydajność przy niskim napięciu i dużych prądach nie jest większa niż izolacja, a koszt jest mniejszy niż duży.Po trzecie, zasilacz nieizolowany jest używany w stosunkowo stabilnym środowisku.Oczywiście, jeśli istnieje sposób na rozwiązanie problemu tłumienia przepięć, zakres zastosowań mocy nieizolacyjnej zostanie znacznie poszerzony!
Ze względu na problem fal nie należy lekceważyć wskaźnika szkód.Generalnie o rodzaju naprawionego zwrotu, uszkodzeniu ubezpieczenia, chipie i pierwszym MOS-ie warto pomyśleć o problemie fal.Aby zmniejszyć wskaźnik uszkodzeń, należy wziąć pod uwagę czynniki udarowe podczas projektowania lub zrezygnować z użytkowników podczas korzystania i starać się unikać przepięć.(np. lampy wewnętrzne, wyłącz je na chwilę podczas walki)
Podsumowując, zastosowanie izolacji i braku izolacji wynika często z problemu udarów falowych, a problem fal i środowiska elektrycznego jest ze sobą ściśle powiązany.Dlatego w wielu przypadkach nie można odcinać zasilania izolującego i nieizolowanego jeden po drugim.Koszty są bardzo korzystne, dlatego jako zasilacz do napędu LED należy wybrać nieizolowany lub izolowany.
5. Podsumowanie
W artykule przedstawiono różnice pomiędzy mocą izolacyjną i nieizolacyjną, ich zalety i wady, możliwości adaptacji oraz dobór doboru mocy izolacyjnej.Mam nadzieję, że inżynierowie będą mogli wykorzystać to jako punkt odniesienia przy projektowaniu produktu.A gdy produkt ulegnie awarii, szybko zlokalizuj problem.
Czas publikacji: 8 lipca 2023 r