«23-річна стюардеса авіакомпанії China Southern Airlines зазнала ураження струмом під час розмови по своєму iPhone5 під час заряджання», – новина привернула широку увагу в Інтернеті. Чи можуть зарядні пристрої загрожувати життю? Експерти аналізують витік трансформатора всередині зарядного пристрою мобільного телефону, витік змінного струму 220 В змінного струму до кінця постійного струму та через лінію передачі даних до металевого корпусу мобільного телефону, що зрештою призводить до ураження струмом, виникнення незворотної трагедії.
То чому ж вихід зарядного пристрою мобільного телефону має напругу 220 В змінного струму? На що слід звернути увагу під час вибору ізольованого джерела живлення? Як розрізнити ізольовані та неізольовані джерела живлення? Поширена думка в галузі така:
1. Ізольоване джерело живленняМіж вхідним контуром та вихідним контуром джерела живлення немає прямого електричного з'єднання, а вхід і вихід знаходяться в ізольованому стані з високим опором без струмового контуру, як показано на рисунку 1:
2, неізольоване джерело живлення:між входом і виходом є петля постійного струму, наприклад, вхід і вихід є спільними. Як приклади взяті ізольована схема flyback та неізольована схема BUCK, як показано на рисунку 2. Рисунок 1 Ізольоване джерело живлення з трансформатором
1. Переваги та недоліки ізольованого та неізольованого джерела живлення
Згідно з вищезазначеними концепціями, для загальної топології джерела живлення неізольоване джерело живлення в основному включає понижувальне, підвищувальне, понижувально-підвищувальне тощо. Ізольоване джерело живлення в основному має різноманітні топології flyback, forward, напівмостове, LLC та інші з ізоляційними трансформаторами.
У поєднанні з поширеними ізольованими та неізольованими джерелами живлення ми можемо інтуїтивно отримати деякі їхні переваги та недоліки, переваги та недоліки цих двох майже протилежні.
Щоб використовувати ізольовані або неізольовані джерела живлення, необхідно зрозуміти, як саме проект потребує джерел живлення, але перед цим можна зрозуміти основні відмінності між ізольованими та неізольованими джерелами живлення:
① Ізоляційний модуль має високу надійність, але високу вартість та низьку ефективність.
②Структура неізольованого модуля дуже проста, низька вартість, висока ефективність та низькі показники безпеки.
Тому в наступних випадках рекомендується використовувати ізольоване джерело живлення:
① У випадках, коли можливе ураження електричним струмом, наприклад, під час відключення електроенергії від мережі до низьковольтного постійного струму, необхідно використовувати ізольоване джерело живлення змінного-постійного струму;
② Послідовна комунікаційна шина передає дані через фізичні мережі, такі як RS-232, RS-485 та локальну мережу контролера (CAN). Кожна з цих взаємопов'язаних систем оснащена власним джерелом живлення, і відстань між системами часто велика. Тому зазвичай потрібно ізолювати джерело живлення для електричної ізоляції, щоб забезпечити фізичну безпеку системи. Ізоляція та відключення контуру заземлення захищає систему від впливу короткочасної високої напруги та зменшує спотворення сигналу.
③ Для забезпечення надійної роботи системи для зовнішніх портів вводу/виводу рекомендується ізолювати джерело живлення портів вводу/виводу.
Зведена таблиця наведена в таблиці 1, а переваги та недоліки цих двох методів майже протилежні.
Таблиця 1 Переваги та недоліки ізольованих та неізольованих джерел живлення
2. Вибір ізольованого та неізольованого живлення
Розуміючи переваги та недоліки ізольованих та неізольованих джерел живлення, кожен з них має свої переваги, і ми змогли зробити точні висновки щодо деяких поширених варіантів вбудованих джерел живлення:
① Блок живлення системи зазвичай використовується для покращення захисту від перешкод та забезпечення надійності.
② Живлення ІС або частини схеми на друкованій платі, починаючи з економічної ефективності та об'єму, переважно використання схем без ізоляції.
③ З міркувань безпеки, якщо вам потрібно підключити змінний/постійний струм до міської електромережі або джерело живлення для медичного використання, щоб забезпечити безпеку людини, необхідно використовувати джерело живлення. У деяких випадках необхідно використовувати джерело живлення для посилення ізоляції.
④ Для живлення віддалених промислових комунікацій, щоб ефективно зменшити вплив географічних відмінностей та перешкод від з'єднання проводів, зазвичай використовується окреме джерело живлення для кожного комунікаційного вузла окремо.
⑤ Для живлення від батареї використовується неізольоване джерело живлення для суворого терміну служби батареї.
Розуміючи переваги та недоліки ізольованого та неізольованого живлення, ми можемо підсумувати випадки їх вибору для деяких поширених конструкцій вбудованих джерел живлення.
1.Iджерело живлення сонячної енергії
Для покращення протиперешкодних характеристик та забезпечення надійності зазвичай використовується ізоляція.
З міркувань безпеки, якщо вам потрібно підключитися до мережі змінного/постійного струму муніципальної електромережі або до джерела живлення для медичного використання, а також до білих приладів, для забезпечення безпеки людини необхідно використовувати джерело живлення, таке як MPS MP020, для оригінального зворотного зв'язку змінного/постійного струму, придатне для застосувань потужністю 1 ~ 10 Вт;
Для живлення віддалених промислових комунікацій, щоб ефективно зменшити вплив географічних відмінностей та перешкод від з'єднання проводів, зазвичай використовується окреме живлення для кожного комунікаційного вузла окремо.
2. Неізольоване джерело живлення
ІС або якась схема на друкованій платі живиться залежно від співвідношення ціни та об'єму, і перевага надається неізольованому рішенню; наприклад, неізольований понижуючий перетворювач змінного-постійного струму серії MPS MP150/157/MP174, що підходить для потужності 1 ~ 5 Вт;
У випадку робочої напруги нижче 36 В для живлення використовується акумулятор, і існують суворі вимоги до довговічності, тому перевага надається неізольованому джерелу живлення, такому як MP2451/MPQ2451 від MPS.
Переваги та недоліки ізольованого та неізольованого джерел живлення
Розуміючи переваги та недоліки ізольованих та неізольованих джерел живлення, можна зробити висновок, що вони мають свої переваги. Для деяких поширених варіантів вбудованих джерел живлення можна дотримуватися таких умов оцінки:
З міркувань безпеки, якщо вам потрібно підключитися до мережі змінного/постійного струму муніципальної електромережі або до медичного джерела живлення, щоб забезпечити безпеку людини, необхідно використовувати джерело живлення, а в деяких випадках слід використовувати посилене ізоляційне джерело живлення.
Зазвичай вимоги до напруги ізоляції живлення модуля не дуже високі, але вища напруга ізоляції може забезпечити менший струм витоку живлення модуля, вищу безпеку та надійність, а також кращі характеристики електромагнітної сумісності. Тому загальний рівень напруги ізоляції перевищує 1500 В постійного струму.
3, запобіжні заходи щодо вибору модуля ізоляції живлення
Опір ізоляції джерела живлення також називається стійкістю до електричного струму в національному стандарті GB-4943. Цей стандарт GB-4943 є стандартом безпеки інформаційного обладнання, про який ми часто говоримо, щоб запобігти фізичному та електричному ураженню людей, включаючи запобігання ураженню людьми електричним струмом, фізичним пошкодженням, вибухам. Як показано нижче, структурна схема ізоляційного джерела живлення.
Схема структури ізоляційного живлення
Як важливий показник потужності модуля, у стандарті також передбачено стандарт ізоляції та метод випробування на стійкість до тиску. Зазвичай, випробування на з'єднання з рівним потенціалом використовується під час простих випробувань. Схема з'єднання виглядає наступним чином:
Значна діаграма опору ізоляції
Методи випробувань:
Встановіть напругу опору напруги на задане значення опору напруги, струм встановлюється як задане значення витоку, а час встановлюється як задане значення часу випробування;
Робочі манометричні прилади починають випробування та починають натискати. Протягом встановленого часу випробування модуль повинен бути без коливань та дугового випромінювання.
Зверніть увагу, що зварювальний модуль живлення слід вибирати під час випробування, щоб уникнути повторного зварювання та пошкодження модуля живлення.
Крім того, зверніть увагу:
1. Зверніть увагу, чи це змінний-постійний струм, чи постійний-постійний.
2. Ізоляція модуля ізоляції живлення. Наприклад, чи відповідає 1000 В постійного струму вимогам до ізоляції.
3. Чи пройшов модуль ізоляції живлення комплексне випробування на надійність. Модуль живлення слід перевіряти на продуктивність, на допуск, у перехідних режимах, на надійність, на електромагнітну сумісність з електромагнітною сумісністю, на високі та низькі температури, на екстремальні умови, на термін служби, на безпеку тощо.
4. Чи стандартизована виробнича лінія ізольованого силового модуля. Виробнича лінія силового модуля повинна пройти низку міжнародних сертифікатів, таких як ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 тощо, як показано на рисунку 3 нижче.
Рисунок 3. Сертифікація ISO
5. Чи застосовується ізоляційний силовий модуль у суворих умовах, таких як промисловість та автомобілі. Силовий модуль застосовується не лише в суворих промислових умовах, але й у системі управління BMS транспортних засобів на нових джерелах енергії.
4,TСприйняття сили ізоляції та сили неізоляції
Перш за все, пояснюється одне непорозуміння: багато людей вважають, що неізольоване живлення не таке добре, як ізольоване, оскільки ізольоване джерело живлення дороге, тому воно має бути дорогим.
Чому зараз краще використовувати ізольоване живлення, ніж неізольоване? Насправді, ця ідея залишається в ідеї кількарічної давнини. Тому що неізольоване живлення в попередні роки справді не мало ізоляції та стабільності, але з оновленням технологій досліджень та розробок неізольоване живлення зараз дуже зріле та стає більш стабільним. Говорячи про безпеку, насправді неізольоване живлення також дуже безпечне. Поки структура незначно змінена, воно все ще безпечне для людського організму. З цієї ж причини неізольоване живлення також може відповідати багатьом стандартам безпеки, таким як: Ultuvsaace.
Фактично, основною причиною пошкодження неізольованого джерела живлення є стрибки напруги на обох кінцях лінії змінного струму. Також можна сказати, що блискавка – це стрибок напруги. Ця напруга миттєво створює високу напругу на обох кінцях лінії змінного струму, іноді сягає трьох тисяч вольт. Але час цього дуже короткий, а енергія надзвичайно сильна. Це трапляється під час грому або на тій самій лінії змінного струму, коли велике навантаження відключено, оскільки також виникає інерція струму. Ізоляційна схема BUCK миттєво передає струм на вихід, пошкоджуючи кільце детектування постійного струму або ще більше пошкоджуючи мікросхему, спричиняючи проходження 300 В і спалювання всієї лампи. У випадку ізолюючого антиагресивного джерела живлення, МОП-транзистор буде пошкоджено. Це явище полягає в тому, що накопичувач, мікросхема та МОП-лампи перегорають. Світлодіодні джерела живлення несправні під час використання, і понад 80% цих двох явищ схожі. Більше того, невеликий імпульсний блок живлення, навіть якщо це адаптер живлення, часто пошкоджується цим явищем, спричиненим хвильовою напругою, а в блоці живлення світлодіодів це трапляється ще частіше. Це пояснюється тим, що характеристики навантаження світлодіодів особливо бояться хвильової напруги.
Згідно із загальною теорією, чим менше компонентів в електронній схемі, тим вища надійність, і чим нижча, тим вища надійність друкованої плати компонентів. Фактично, неізоляційні схеми менш надійні, ніж ізоляційні. Чому надійність ізоляційного кола висока? Насправді, це не надійність, а неізоляційне коло занадто чутливе до перенапруги, має погану гальмівну здатність та ізоляційне коло, оскільки енергія спочатку надходить у трансформатор, а потім передається від трансформатора до світлодіодного навантаження. Понижувальне коло є частиною вхідного джерела живлення безпосередньо до світлодіодного навантаження. Тому перша має велику ймовірність пошкодження внаслідок перенапруги, придушення та ослаблення, тому вона невелика. Фактично, проблема відсутності ізоляції головним чином пов'язана з проблемою перенапруги. Наразі ця проблема полягає в тому, що світлодіодні лампи видно лише з ймовірністю, яку можна побачити з ймовірністю. Тому багато людей не запропонували хорошого методу запобігання. Все більше людей не знають, що таке хвильова напруга. Світлодіодні лампи розбиваються, і причину не можна знайти. Зрештою, є лише одне речення. Що це за блок живлення нестабільний, і це буде врегульовано. Де саме нестабільний, він не знає.
Неізольоване джерело живлення є ефективним, а друге – вигіднішим з точки зору вартості.
Неізольоване джерело живлення підходить для таких випадків: По-перше, це лампи для приміщень. Це середовище живлення в приміщенні краще, а вплив хвиль невеликий. По-друге, використання відбувається при малій напрузі та малому струмі. Неізольоване джерело живлення не має значення для струмів низької напруги, оскільки ефективність низької напруги та великого струму не вища, ніж у ізоляції, а вартість значно менша. По-третє, неізольоване джерело живлення використовується у відносно стабільному середовищі. Звичайно, якщо є спосіб вирішити проблему придушення перенапруги, діапазон застосування неізольованого джерела живлення значно розшириться!
Через проблему хвиль не слід недооцінювати рівень пошкоджень. Загалом, при виборі виду ремонту, пошкодження страховки, чіпа та MOS-транзисторів слід враховувати проблему хвиль. Щоб зменшити рівень пошкоджень, необхідно враховувати фактори перенапруги під час проектування або уникати перенапруги під час використання. (Наприклад, вимикайте лампи в приміщенні на час, коли ви боретеся з ними).
Підсумовуючи, використання ізоляції та неізоляції часто пов'язане з проблемою хвильових перенапруг, а проблема хвиль та електричного середовища тісно пов'язані. Тому часто використання ізольованого та неізольованого джерел живлення не може бути скорочено одне за одним. Витрати дуже вигідні, тому необхідно вибирати неізольоване або ізольоване джерело живлення для світлодіодних дисплеїв.
5. Підсумок
У цій статті розглядаються відмінності між ізольованим та неізольованим живленням, а також їхні відповідні переваги та недоліки, випадки адаптації та вибір ізоляційного живлення. Сподіваюся, що інженери зможуть використовувати це як орієнтир під час проектування продукту. А після того, як продукт вийде з ладу, швидко визначити проблему.
Час публікації: 08 липня 2023 р.
