„Třiadvacetiletá letuška společnosti China Southern Airlines byla zasažena elektrickým proudem, když během nabíjení telefonovala na svém iPhonu 5,“ tato zpráva vzbudila na internetu velkou pozornost. Mohou nabíječky ohrozit životy? Odborníci analyzují únik transformátoru uvnitř nabíječky mobilního telefonu, únik střídavého proudu 220 V AC na stejnosměrný konec a přes datové vedení do kovového krytu mobilního telefonu, což nakonec vede k úrazu elektrickým proudem, což může vést k nevratné tragédii.
Proč je tedy výstup nabíječky mobilního telefonu 220 V AC? Na co bychom měli věnovat pozornost při výběru izolovaného zdroje napájení? Jak rozlišit mezi izolovaným a neizolovaným zdrojem napájení? V oboru je běžný názor:
1. Izolovaný zdroj napájeníMezi vstupní smyčkou a výstupní smyčkou napájecího zdroje není žádné přímé elektrické spojení a vstup a výstup jsou v izolovaném stavu s vysokým odporem bez proudové smyčky, jak je znázorněno na obrázku 1:
2, neizolované napájení:Mezi vstupem a výstupem je stejnosměrná smyčka, například vstup a výstup jsou společné. Jako příklady jsou použity izolovaný flyback obvod a neizolovaný BUCK obvod, jak je znázorněno na obrázku 2. Obrázek 1 Izolovaný napájecí zdroj s transformátorem
1. Výhody a nevýhody izolovaného a neizolovaného napájení
Podle výše uvedených konceptů zahrnuje neizolovaný zdroj pro běžnou topologii napájení hlavně Buck, Boost, buck-boost atd. Izolovaný zdroj má hlavně různé topologie flyback, forward, half-můstek, LLC a další s oddělovacími transformátory.
V kombinaci s běžně používanými izolovanými a neizolovanými napájecími zdroji můžeme intuitivně získat některé z jejich výhod a nevýhod, přičemž výhody a nevýhody obou jsou téměř opačné.
Pro použití izolovaných nebo neizolovaných napájecích zdrojů je nutné pochopit, jak daný projekt potřebuje napájecí zdroje, ale předtím je třeba pochopit hlavní rozdíly mezi izolovanými a neizolovanými napájecími zdroji:
① Izolační modul má vysokou spolehlivost, ale vysoké náklady a nízkou účinnost.
2Struktura neizolovaného modulu je velmi jednoduchá, levná, vysoce účinná a má nízký bezpečnostní výkon.
Proto se v následujících případech doporučuje použít izolovaný zdroj napájení:
① V případech možného úrazu elektrickým proudem, jako je odběr elektřiny ze sítě pro nízkonapěťové stejnosměrné napájení, je nutné použít izolovaný zdroj napájení střídavým a stejnosměrným proudem;
② Sériová komunikační sběrnice přenáší data prostřednictvím fyzických sítí, jako jsou RS-232, RS-485 a lokální síť řídicí jednotky (CAN). Každý z těchto propojených systémů je vybaven vlastním zdrojem napájení a vzdálenost mezi systémy je často velká. Proto obvykle potřebujeme izolovat zdroj napájení pro elektrickou izolaci, abychom zajistili fyzické zabezpečení systému. Izolací a přerušením zemnící smyčky je systém chráněn před přechodným vlivem vysokého napětí a snižuje se zkreslení signálu.
③ Pro zajištění spolehlivého provozu systému se u externích I/O portů doporučuje izolovat napájení I/O portů.
Souhrnná tabulka je uvedena v tabulce 1 a výhody a nevýhody obou jsou téměř opačné.
Tabulka 1 Výhody a nevýhody izolovaných a neizolovaných napájecích zdrojů
2. Volba izolovaného a neizolovaného napájení
Pochopením výhod a nevýhod izolovaných a neizolovaných napájecích zdrojů jsme zjistili, že každý z nich má své vlastní výhody a byli jsme schopni přesně posoudit některé běžné možnosti vestavěných napájecích zdrojů:
① Napájení systému se obecně používá ke zlepšení odolnosti proti rušení a zajištění spolehlivosti.
② Napájení integrovaného obvodu nebo jeho části na desce plošných spojů, počínaje nákladově efektivním a objemovým, s přednostním použitím neizolovaných schémat.
③ Z bezpečnostních důvodů, pokud potřebujete připojit AC-DC z městské elektřiny nebo zdroj napájení pro lékařské účely, musíte k zajištění bezpečnosti osob použít zdroj napájení. V některých případech je nutné použít zdroj napájení pro posílení izolace.
④ Pro napájení vzdálené průmyslové komunikace se obecně používá samostatné napájení pro napájení každého komunikačního uzlu samostatně, aby se účinně snížily vlivy geografických rozdílů a rušení způsobeného propojením vodičů.
⑤ Pro napájení z baterie se používá neizolovaný zdroj napájení pro striktní prodloužení životnosti baterie.
Pochopením výhod a nevýhod izolovaného a neizolovaného napájení lze zjistit, že každé z nich má své vlastní výhody. U některých běžně používaných návrhů vestavěných napájecích zdrojů můžeme shrnout důvody jejich výběru.
1.Isolární napájení
Pro zlepšení odolnosti proti rušení a zajištění spolehlivosti se obecně používá izolace.
Z bezpečnostních důvodů, pokud potřebujete připojit zařízení k AC/DC síti městské elektřiny nebo k napájecímu zdroji pro lékařské použití a bílé spotřebiče, musíte k zajištění bezpečnosti osob použít napájecí zdroj, například MPS MP020, pro originální zpětnovazební střídavý/DC proud, vhodný pro aplikace s výkonem 1 ~ 10 W.
Pro napájení vzdálené průmyslové komunikace se obecně používá samostatné napájení pro napájení každého komunikačního uzlu samostatně, aby se účinně snížily účinky geografických rozdílů a rušení způsobeného propojením vodičů.
2. Neizolovaný zdroj napájení
Integrovaný obvod nebo nějaký obvod na desce plošných spojů je napájen z důvodu poměru ceny a objemu a preferuje se neizolované řešení, jako například neizolované snižující AC-DC měniče řady MPS MP150/157/MP174, vhodné pro 1 ~ 5 W;
V případě pracovního napětí pod 36 V se k napájení používá baterie a existují přísné požadavky na odolnost. Upřednostňuje se neizolované napájení, jako například MP2451/MPQ2451 od MPS.
Výhody a nevýhody izolovaného a neizolovaného napájení
Pochopením výhod a nevýhod izolovaných a neizolovaných napájecích zdrojů lze zjistit, že každý z nich má své vlastní výhody. U některých běžně používaných vestavěných napájecích zdrojů se můžeme řídit následujícími podmínkami pro posouzení:
Z bezpečnostních důvodů, pokud potřebujete připojení k AC/DC síti městské elektřiny nebo k napájení pro lékařské účely, musíte k zajištění bezpečnosti osob použít napájecí zdroj a v některých případech je nutné zesílit izolační napájení.
Obecně platí, že požadavky na izolační napětí napájení modulů nejsou příliš vysoké, ale vyšší izolační napětí může zajistit, že napájení modulu bude mít menší svodový proud, vyšší bezpečnost a spolehlivost a lepší charakteristiky EMC. Proto je obecná úroveň izolačního napětí nad 1500 V DC.
3, bezpečnostní opatření pro výběr izolačního napájecího modulu
Izolační odpor napájecího zdroje se v národní normě GB-4943 nazývá také odolnost proti elektrickému proudu. Tato norma GB-4943 je bezpečnostním standardem informačních zařízení, který často používáme k ochraně osob před fyzickými a elektrickými poškozeními, včetně zabránění poškození osob elektrickým proudem, fyzického poškození a výbuchu. Níže je znázorněn strukturální diagram izolačního napájecího zdroje.
Schéma struktury izolačního výkonu
Jako důležitý ukazatel výkonu modulu je v normě také stanovena metoda izolace a zkoušky odolnosti vůči tlaku. Obecně se při jednoduchých zkouškách používá zkouška připojení s rovnoměrným potenciálem. Schéma zapojení je následující:
Významný diagram izolačního odporu
Zkušební metody:
Nastavte napětí napěťového odporu na zadanou hodnotu napěťového odporu, proud se nastaví na zadanou hodnotu svodu a čas se nastaví na zadanou hodnotu doby testu;
Provozní tlakoměry zahájí testování a začnou lisovat. Během předepsané zkušební doby by měl být modul bez vibrací a bez záblesků.
Upozorňujeme, že svařovací výkonový modul by měl být vybrán v době testování, aby se zabránilo opakovanému svařování a poškození výkonového modulu.
Kromě toho věnujte pozornost:
1. Věnujte pozornost tomu, zda se jedná o AC-DC nebo DC-DC.
2. Izolace izolačního napájecího modulu. Například, zda 1000V DC splňuje požadavky na izolaci.
3. Zda je izolační napájecí modul podroben komplexnímu testu spolehlivosti. Napájecí modul by měl být podroben testům výkonu, tolerance, přechodových stavů, spolehlivosti, elektromagnetické kompatibility EMC, vysokým a nízkým teplotním testům, extrémním testům, životnosti, bezpečnosti atd.
4. Zda je výrobní linka izolovaného výkonového modulu standardizovaná. Výrobní linka výkonových modulů musí projít řadou mezinárodních certifikací, jako je ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 atd., jak je znázorněno na obrázku 3 níže.
Obrázek 3 Certifikace ISO
5. Zda se izolační napájecí modul používá v náročných prostředích, jako je průmysl a automobily? Napájecí modul se používá nejen v náročném průmyslovém prostředí, ale také v systému řízení BMS vozidel s novými energetickými systémy.
4,TVnímání izolační a neizolační síly
Nejprve se vysvětluje jedno nedorozumění: Mnoho lidí si myslí, že neizolované napájení není tak dobré jako izolační napájení, protože izolované napájení je drahé, takže musí být drahé.
Proč je v dnešním dojmu všech lepší používat izolační napájení než neizolované? Ve skutečnosti tato myšlenka zůstala v myšlence z doby před několika lety. Protože neizolované napájení v předchozích letech skutečně nemělo žádnou izolaci a stabilitu, ale s modernizací technologií výzkumu a vývoje je neizolované napájení nyní velmi vyspělé a stává se stabilnějším. Když už mluvíme o bezpečnosti, neizolované napájení je ve skutečnosti také velmi bezpečné. Pokud se struktura mírně změní, je stále bezpečné pro lidské tělo. Ze stejného důvodu může neizolované napájení splňovat i mnoho bezpečnostních standardů, jako například: Ultuvsaace.
Ve skutečnosti je hlavní příčinou poškození neizolovaného zdroje napájení přepětí na obou koncích střídavého vedení. Dá se také říci, že blesková vlna je přepětí. Toto napětí je okamžitým vysokým napětím na obou koncích střídavého vedení, někdy až 3 000 voltů. Čas je však velmi krátký a energie je extrémně silná. Může k tomu dojít při bouřce nebo na stejném střídavém vedení, když je odpojena velká zátěž, protože dochází také k setrvačnosti proudu. Izolační obvod BUCK okamžitě přenese proud na výstup, poškodí kroužek pro detekci konstantního proudu nebo dále poškodí čip, což způsobí průchod 300 V a spálí celou lampu. U izolačního antiagresivního zdroje napájení se poškodí MOS tranzistor. Tímto jevem je spálení úložiště, čipu a MOS trubic. Napájecí zdroje s LED diodami jsou při používání poškozené a více než 80 % těchto dvou jevů je podobných. Navíc malý spínaný zdroj, i když se jedná o napájecí adaptér, je tímto jevem často poškozen, protože vlnové napětí je způsobeno vlnami, a u napájecího zdroje LED je to ještě častější. Je to proto, že charakteristiky zátěže LED diod se obzvláště obávají vlnového napětí.
Podle obecné teorie platí, že čím méně součástek v elektronickém obvodu, tím vyšší je spolehlivost a čím nižší je spolehlivost desky plošných spojů. Neizolační obvody jsou ve skutečnosti nižší než izolační obvody. Proč je spolehlivost izolačního obvodu vysoká? Neizolační obvod není spolehlivý, ale má příliš citlivý izolační obvod na přepětí, špatnou inhibiční schopnost a nízkou izolační schopnost, protože energie nejprve vstupuje do transformátoru a poté ji z transformátoru přenáší do zátěže LED. Snižovací obvod je součástí vstupního napájení přímo do zátěže LED. Proto má první z nich velkou pravděpodobnost poškození v důsledku přepětí, takže je malá. Ve skutečnosti je problém s nedostatečnou izolací způsoben především přepětím. V současné době je tento problém v tom, že LED lampy jsou viditelné pouze z pravděpodobnosti, kterou lze vidět z pravděpodobnosti. Proto mnoho lidí nenavrhlo dobrou metodu prevence. Více lidí neví, co je vlnové napětí, mnoho lidí. LED lampy jsou rozbité a důvod nelze najít. Nakonec existuje pouze jedna věta. Co to je za nestabilní napájení, tak to bude vyřešeno. Kde je konkrétně nestabilní, to neví.
Neizolované napájení je účinné a druhou výhodou jsou náklady.
Neizolované napájení je vhodné pro tyto situace: Zaprvé, pro vnitřní osvětlení. Toto vnitřní elektrické prostředí je lepší a vliv vln je malý. Zadruhé, použití je malé napětí a malý proud. Neizolované napájení nemá smysl pro proudy nízkého napětí, protože účinnost nízkého napětí a velkých proudů není vyšší než u izolace a náklady jsou mnohem nižší. Zatřetí, neizolované napájení se používá v relativně stabilním prostředí. Samozřejmě, pokud existuje způsob, jak vyřešit problém potlačení přepětí, rozsah použití neizolovaného napájení se výrazně rozšíří!
Vzhledem k problému vln by se neměla podceňovat míra poškození. Obecně platí, že při opravě, poškození pojištění, čipu a MOS je třeba nejprve zvážit problém vln. Aby se snížila míra poškození, je nutné při návrhu zvážit faktor přepětí nebo se při používání vyhnout uživatelům a snažit se přepětí vyhnout. (Například vnitřní lampy je předem vypněte, když bojujete).
Stručně řečeno, použití izolace a neizolace je často způsobeno problémem vlnového přepětí a problém vln a elektrického prostředí je úzce spjat. Proto mnohokrát nelze použití izolačního a neizolovaného napájení omezit jednotlivě. Náklady jsou velmi výhodné, proto je nutné zvolit neizolovaný nebo izolační zdroj napájení pro LED.
5. Shrnutí
Tento článek představuje rozdíly mezi izolačním a neizolačním napájením, jejich výhody a nevýhody, adaptační časy a výběr izolačního napájení. Doufám, že inženýři mohou tuto informaci použít jako referenci při návrhu produktu. A pokud produkt selže, mohou problém rychle lokalizovat.
Čas zveřejnění: 8. července 2023
