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隔离电源与非隔离电源的特性和区别及选购

2017-08-23
类别:基础知识
eye 364
文章创建人 拍明

  自从LED照明开始到现在,不隔离的LED电源已经过了三代的驱动方式,现在做的非隔离电源,成功率较高,效率高,热量低等优点,且线路简单,容易制做,被大量采用,所以现在的日光灯电源大部分是非隔离的。

  隔离电源的现状:

  隔离电源几年来基本是采用最原始的方式,没有多大发展,几年来没有多大改进,使用的IC最多的是L6562,以它为代表的有几十种型号,大部分脚位相同,用L6562做的电源效率很高,(90%)能得到很高的PF值,(0.96-0.98)而且宽电压,但是这种电路也有它的缺点,电压有时不稳定,噪声大,波纹大,EMC很难处理,IC本身没有一些保护,因为电流成分复杂,所以变压器的体积也大些,用这种电路的成本也低。

  IW3620,这种电路是隔离的理想芯片,厂家的应用电路采用的是PFC和输出用一个MOS管完成,这使电路的成本很低,能达到84%的效率和0.92的PF值,电路有输出短路和开路保护,热保护,过压保护。这种电路如果分开二级做,还是不错的,即第一级用L6561,后级用IW3620,这样会更合理些,但成本有些增加。IWATT的IC,都是小功率的,还有IW1689,1692等,性能还很稳定,后期又出来了调光IW3610。

  还有AP3706,OB2263等电路,这种电路的成本很低有些IC输出是用三极管,还有几种IC,但是效果都相差不多。

  总的来说,隔离电源的进展缓慢些,客户都愿意使用隔离的,它的发热量很高,(变压器和输出功率管)这样就增加了LED的光衰,到目前为止,这项技术始终没有被攻克。

  像有人提出用外置的电源,是个好路子,这种灯具连灯架一起销售给新装灯的客户还可以的,但是一些老式的灯具用起来就很麻烦,连灯架要一起换。美国的灯具是不能动一点线路的,就连启辉器也不能摘下,现在的电子镇流器也不可摘下,如果摘下属于违法行为,出了问题保险公司是不赔偿的。

  隔离电源的瓶颍是效率的问题,如果效率高了热量也就小了,才好做内置。

  最后还要提一句,IC是没有问题的,主要的是元件和调试的问题,效率高与低这里不仅是元件,更重要的是技术,两者密不可分。

  随着电子行业的发展,对电源的要求越来越高,体积更小,可靠性更高,电源模块作为集成器件应运而生。其具有隔离作用,抗干扰能力强,自带保护功能,便于后期系统集成等优点被越来越广泛的应用。

  但是在选择合适的模块时,经常会碰到一个参数“隔离电压”,隔离电压越高,模块的价格就越贵,那么就会好奇了,什么是隔离电压,该选择什么等级的合适呢?

  电源的隔离耐压在GB-4943国标中又叫抗电强度,这个GB-4943标准就是我们常说的信息类设备的安全标准,就是为了防止人员受到物理和电气伤害的国家标准,其中包括避免人受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。如下图1为隔离电源结构图。

隔离电源结构图.png

  图1 隔离电源结构图

  作为模块电源的重要指标,标准中也规定了隔离耐压相关测试方法,简单的测试时一般采用等电位连接测试,连接示意图如下:

隔离耐压测试示意图.png

  图2 隔离耐压测试示意图

  测试方法:

  l将耐压计的电压设为规定的耐压值,电流设为规定的漏电流值,时间设为规定的测试时间值;

  l操作耐压计开始测试,开始加压,在规定的测试时间内,模块应无击穿,无飞弧现象。

  注意在测试时焊接电源模块要选取合适的温度,避免反复焊接,损坏电源模块。


  那么隔离电源与非隔离电源比较有什么的优缺点呢?


 隔离电源与非隔离电源优缺点.png

  表 1 隔离电源与非隔离电源优缺点

  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选择,我们可遵循以下判断条件:

  l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;

  l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;

  l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;

  l对于采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,采用非隔离供电;

  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,为保证人身的安全,必须用隔离电源,有些场合还必须用加强隔离的电源。

  一般场合使用对模块电源隔离电压要求不是很高,但是更高的隔离电压可以保证模块电源具有更小的漏电流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,因此目前业界普遍的隔离电压水平为1500VDC以上。

  一、电源隔离与非隔离的概念

  电源的隔离与非隔离,主要是针对开关电源而言,业内比较通用的看法是:

  1、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。

  2、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。

  隔离电源示意图如图所示。

隔离电源与非隔离电源的优缺点.png

  二、隔离电源与非隔离电源的优缺点


  由上述概念可知,对于常用的电源拓扑而言,非隔离电源主要有:Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔离电源主要有各种带隔离变压器的反激、正激、半桥、LLC等拓扑。

  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,两者的优缺点几乎是相反的。

  使用隔离或非隔离的电源,需了解实际项目对电源的需求是怎样的,但在此之前,可了解下隔离和非隔离电源的主要差别:

  1、隔离模块的可靠性高,但成本高,效率差点。

  2、非隔离模块的结构很简单,成本低,效率高,安全性能差。

  因此,在如下几个场合,建议用隔离电源:

  1、涉及可能触电的场合,如从电网取电,转成低压直流的场合,需用隔离的AC-DC电源;

  2、串行通信总线通过RS-232、RS-485和控制器局域网(CAN)等物理网络传送数据,这些相互连接的系统每个都配备有自己的电源,而且各系统之间往往间隔较远,因此,我们通常需要隔离电源进行电气隔离来确保系统的物理安全,且通过隔离切断接地回路,来保护系统免受瞬态高电压冲击,同时减少信号失真;

  3、对外的I/O端口,为保证系统的可靠运行,也建议对I/O端口做电源隔离。

I/O端口做电源隔离.png

  三、隔离与非隔离电源的应用场合


  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选择,我们已可做成准确的判断:

  1、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。

  2、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。

  3、对安全有要求的场合,如需接市电的AC-DC,或医疗用的电源,为保证人身的安全,必须用隔离电源,有些场合还必须用加强隔离的电源。

  4、 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。

  5、 对于采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,采用非隔离供电。




责任编辑:Davia

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