„23-ročná letuška spoločnosti China Southern Airlines utrpela zásah elektrickým prúdom počas telefonovania cez iPhone 5 počas nabíjania,“ táto správa vzbudila na internete širokú pozornosť. Môžu nabíjačky ohroziť životy? Odborníci analyzujú únik transformátora vo vnútri nabíjačky mobilného telefónu, únik striedavého prúdu 220 V AC na jednosmerný koniec a cez dátové vedenie do kovového krytu mobilného telefónu, čo nakoniec vedie k zásahu elektrickým prúdom, čo vedie k nezvratnej tragédii.
Prečo je teda výstup nabíjačky mobilného telefónu 220 V AC? Na čo by sme mali venovať pozornosť pri výbere izolovaného zdroja napájania? Ako rozlíšiť izolované a neizolované zdroje napájania? V tomto odvetví je bežný názor:
1. Izolovaný zdroj napájaniaMedzi vstupnou slučkou a výstupnou slučkou napájacieho zdroja nie je priame elektrické spojenie a vstup a výstup sú v izolovanom stave s vysokým odporom bez prúdovej slučky, ako je znázornené na obrázku 1:
2, neizolovaný zdroj napájania:Medzi vstupom a výstupom je slučka jednosmerného prúdu, napríklad vstup a výstup sú spoločné. Ako príklady sú použité izolovaný obvod flyback a neizolovaný obvod BUCK, ako je znázornené na obrázku 2. Obrázok 1 Izolovaný zdroj napájania s transformátorom
1. Výhody a nevýhody izolovaného a neizolovaného napájania
Podľa vyššie uvedených konceptov, pre bežnú topológiu napájania, neizolovaný zdroj napájania zahŕňa hlavne Buck, Boost, buck-boost atď. Izolovaný zdroj napájania má hlavne rôzne topológie flyback, forward, half-mostík, LLC a iné s izolačnými transformátormi.
V kombinácii s bežne používanými izolovanými a neizolovanými zdrojmi napájania môžeme intuitívne získať niektoré z ich výhod a nevýhod, pričom výhody a nevýhody týchto dvoch sú takmer opačné.
Na použitie izolovaných alebo neizolovaných zdrojov napájania je potrebné pochopiť, ako daný projekt potrebuje zdroje napájania, ale predtým si môžete uvedomiť hlavné rozdiely medzi izolovanými a neizolovanými zdrojmi napájania:
① Izolačný modul má vysokú spoľahlivosť, ale vysoké náklady a nízku účinnosť.
2Štruktúra neizolovaného modulu je veľmi jednoduchá, lacná, vysoko účinná a má slabú bezpečnostnú výkonnosť.
Preto sa v nasledujúcich prípadoch odporúča použiť izolovaný zdroj napájania:
① V prípade možného úrazu elektrickým prúdom, ako napríklad pri odbere elektriny zo siete pre prípady nízkeho jednosmerného napätia, je potrebné použiť izolovaný zdroj striedavého a jednosmerného napájania;
② Sériová komunikačná zbernica prenáša dáta cez fyzické siete, ako sú RS-232, RS-485 a lokálna sieť riadiacej jednotky (CAN). Každý z týchto prepojených systémov je vybavený vlastným zdrojom napájania a vzdialenosť medzi systémami je často veľká. Preto zvyčajne potrebujeme izolovať zdroj napájania z dôvodu elektrickej izolácie, aby sme zaistili fyzickú bezpečnosť systému. Izoláciou a odpojením uzemňovacej slučky je systém chránený pred prechodným vplyvom vysokého napätia a znižuje sa skreslenie signálu.
③ Pre externé I/O porty sa na zabezpečenie spoľahlivej prevádzky systému odporúča izolovať napájanie I/O portov.
Súhrnná tabuľka je uvedená v tabuľke 1 a výhody a nevýhody oboch sú takmer opačné.
Tabuľka 1 Výhody a nevýhody izolovaných a neizolovaných zdrojov napájania
2, Výber izolovaného a neizolovaného napájania
Pochopením výhod a nevýhod izolovaných a neizolovaných zdrojov napájania sme zistili, že každý z nich má svoje vlastné výhody a dokázali sme presne posúdiť niektoré bežné možnosti vstavaných zdrojov napájania:
① Napájanie systému sa vo všeobecnosti používa na zlepšenie výkonu proti rušeniu a zabezpečenie spoľahlivosti.
② Napájanie integrovaného obvodu alebo časti obvodu na doske plošných spojov, počnúc nákladovo efektívnym a objemovým, prednostne s použitím neizolačných schém.
③ Z bezpečnostných dôvodov, ak potrebujete pripojiť AC-DC z mestskej elektrickej siete alebo zdroj napájania na lekárske účely, musíte na zaistenie bezpečnosti osoby použiť zdroj napájania. V niektorých prípadoch musíte použiť zdroj napájania na posilnenie izolácie.
④ Na napájanie vzdialenej priemyselnej komunikácie sa s cieľom účinne znížiť vplyv geografických rozdielov a rušenia spôsobeného prepojením vodičov vo všeobecnosti používa samostatné napájanie pre každý komunikačný uzol samostatne.
⑤ Pri napájaní z batérie sa používa neizolovaný zdroj napájania, aby sa zabezpečila striktná životnosť batérie.
Pochopením výhod a nevýhod izolovaného a neizolovaného napájania si uvedomíme, že každé z nich má svoje vlastné výhody. Pre niektoré bežne používané návrhy vstavaných napájacích zdrojov môžeme zhrnúť prípady ich výberu.
1.Isolárny zdroj napájania
Na zlepšenie výkonu proti rušeniu a zaistenie spoľahlivosti sa vo všeobecnosti používa izolácia.
Z bezpečnostných dôvodov, ak potrebujete pripojiť AC-DC mestskej elektrickej siete alebo zdroj napájania pre zdravotnícke účely a biele spotrebiče, musíte na zaistenie bezpečnosti osoby použiť zdroj napájania, ako napríklad MPS MP020, pre pôvodnú spätnú väzbu AC-DC, vhodný pre aplikácie s výkonom 1 ~ 10 W.
Na napájanie vzdialených priemyselných komunikácií sa s cieľom účinne znížiť vplyv geografických rozdielov a rušenia spôsobeného prepojením vodičov vo všeobecnosti používa samostatné napájanie na napájanie každého komunikačného uzla samostatne.
2. Neizolovaný zdroj napájania
Integrovaný obvod alebo niektorý obvod na doske plošných spojov je napájaný pomerom ceny a objemu a uprednostňuje sa neizolované riešenie, ako napríklad neizolované buckové AC-DC prevodníky série MPS MP150/157/MP174, vhodné pre 1 ~ 5 W;
V prípade pracovného napätia pod 36 V sa na napájanie používa batéria a existujú prísne požiadavky na odolnosť, preto sa uprednostňuje neizolované napájanie, ako napríklad MP2451/MPQ2451 od spoločnosti MPS.
Výhody a nevýhody izolovaného a neizolovaného napájania
Pochopením výhod a nevýhod izolovaných a neizolovaných zdrojov napájania zistíme, že každý z nich má svoje vlastné výhody. Pri niektorých bežne používaných vstavaných zdrojoch napájania sa môžeme riadiť nasledujúcimi podmienkami posudzovania:
Z bezpečnostných dôvodov, ak potrebujete pripojiť zariadenie k AC/DC mestskej elektrickej sieti alebo k zdroju napájania pre zdravotnícke zariadenia, musíte na zaistenie bezpečnosti osoby použiť zdroj napájania a v niektorých prípadoch je potrebné posilniť izoláciu zdroja napájania.
Vo všeobecnosti nie sú požiadavky na izolačné napätie napájania modulov veľmi vysoké, ale vyššie izolačné napätie môže zabezpečiť, že napájanie modulov má menší zvodový prúd, vyššiu bezpečnosť a spoľahlivosť a lepšie charakteristiky EMC. Preto je všeobecná úroveň izolačného napätia nad 1500 VDC.
3, bezpečnostné opatrenia pre výber izolačného výkonového modulu
Izolačný odpor napájacieho zdroja sa v národnej norme GB-4943 nazýva aj elektrická odolnosť. Táto norma GB-4943 je bezpečnostným štandardom informačných zariadení, ktorý sa často používa na ochranu osôb pred fyzickými a elektrickými škodami, vrátane prevencie poškodenia osôb elektrickým prúdom, fyzického poškodenia a výbuchu. Nižšie je znázornená štruktúrna schéma izolačného napájacieho zdroja.
Schéma štruktúry izolačného výkonu
Ako dôležitý ukazovateľ výkonu modulu je v norme stanovená aj norma pre izoláciu a metódu skúšky odolnosti voči tlaku. Vo všeobecnosti sa pri jednoduchých skúškach používa skúška pripojenia s rovnakým potenciálom. Schéma zapojenia je nasledovná:
Významný diagram izolačného odporu
Testovacie metódy:
Nastavte napätie napäťového odporu na špecifikovanú hodnotu napäťového odporu, prúd sa nastaví ako špecifikovaná hodnota úniku a čas sa nastaví na špecifikovanú hodnotu času testu;
Prevádzkové tlakomery spúšťajú skúšku a začnú lisovať. Počas predpísaného času skúšky by mal byť modul bez vibrácií a bez prerušovaného prúdenia.
Upozorňujeme, že zvárací výkonový modul by sa mal vybrať v čase testovania, aby sa predišlo opakovanému zváraniu a poškodeniu výkonového modulu.
Okrem toho venujte pozornosť:
1. Venujte pozornosť tomu, či ide o AC-DC alebo DC-DC.
2. Izolácia izolačného výkonového modulu. Napríklad, či 1000 V DC spĺňa požiadavky na izoláciu.
3. Či má izolačný výkonový modul komplexný test spoľahlivosti. Výkonový modul by mal byť podrobený testovaniu výkonu, testovaniu tolerancie, testovaniu prechodových podmienok, testovaniu spoľahlivosti, testu elektromagnetickej kompatibility EMC, testovaniu pri vysokých a nízkych teplotách, extrémnym testovaniu, testovaniu životnosti, testovaniu bezpečnosti atď.
4. Či je výrobná linka izolovaného výkonového modulu štandardizovaná. Výrobná linka výkonového modulu musí prejsť niekoľkými medzinárodnými certifikáciami, ako napríklad ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 atď., ako je znázornené na obrázku 3 nižšie.
Obrázok 3 Certifikácia ISO
5. Či sa izolačný výkonový modul používa v náročných prostrediach, ako je priemysel a automobily. Výkonový modul sa nepoužíva len v náročnom priemyselnom prostredí, ale aj v systéme riadenia BMS nových energetických vozidiel.
4,TVnímanie izolačnej a neizolovanej sily
V prvom rade sa vysvetľuje nedorozumenie: Mnoho ľudí si myslí, že neizolované napájanie nie je také dobré ako izolované napájanie, pretože izolované napájanie je drahé, takže musí byť drahé.
Prečo je podľa súčasného dojmu všetkých lepšie použiť izolačný zdroj ako neizolovaný? V skutočnosti táto myšlienka zostala v myšlienke spred niekoľkých rokov. Pretože neizolovaný zdroj v predchádzajúcich rokoch síce nemal žiadnu izoláciu a stabilitu, ale s aktualizáciou technológií výskumu a vývoja je neizolovaný zdroj teraz veľmi vyspelý a stáva sa stabilnejším. Keď už hovoríme o bezpečnosti, neizolovaný zdroj je v skutočnosti tiež veľmi bezpečný. Pokiaľ sa štruktúra mierne zmení, stále je bezpečný pre ľudské telo. Z rovnakého dôvodu môže neizolovaný zdroj spĺňať aj mnohé bezpečnostné normy, ako napríklad: Ultuvsaace.
V skutočnosti je hlavnou príčinou poškodenia neizolovaného zdroja napájania prepätie na oboch koncoch striedavého napájacieho vedenia. Dá sa tiež povedať, že blesková vlna je prepätie. Toto napätie predstavuje okamžité vysoké napätie na oboch koncoch striedavého napätia, niekedy až 3 000 voltov. Čas je však veľmi krátky a energia je extrémne silná. Stáva sa to pri búrke alebo na tom istom striedavom vedení, keď je odpojená veľká záťaž, pretože sa vyskytne aj zotrvačnosť prúdu. Izolačný obvod BUCK okamžite prenesie prúd na výstup, poškodí krúžok detekcie konštantného prúdu alebo ďalej poškodí čip, čo spôsobí prechod 300 V a spáli celú lampu. Pri izolačnom antiagresívnom zdroji napájania sa poškodí MOS tranzistor. Tento jav spočíva v spálení úložiska, čipu a MOS trubíc. Napájacie zdroje s LED diódami sú počas používania zlé a viac ako 80 % týchto dvoch javov sú podobné. Navyše, malý spínaný zdroj napájania, aj keď ide o napájací adaptér, je často poškodený týmto javom, ktorý je spôsobený vlnovým napätím, a v napájacom zdroji LED je to ešte bežnejšie. Je to preto, že charakteristiky záťaže LED sa obzvlášť obávajú vlnového napätia.
Podľa všeobecnej teórie platí, že čím menej súčiastok je v elektronickom obvode, tým vyššia je spoľahlivosť a čím nižšia je spoľahlivosť dosky plošných spojov. V skutočnosti sú neizolované obvody menej spoľahlivé ako izolačné obvody. Prečo je spoľahlivosť izolačného obvodu vysoká? V skutočnosti to nie je spoľahlivosť, ale neizolovaný obvod je príliš citlivý na prepätie, má slabú inhibičnú schopnosť a izolačný obvod, pretože energia najprv vstupuje do transformátora a potom ju prenáša z transformátora do záťaže LED. Snižovací obvod je súčasťou vstupného napájania priamo do záťaže LED. Preto má prvý veľký potenciál potlačenia a útlmu prepätia, takže je malý. V skutočnosti je problém s neizoláciou spôsobený najmä problémom prepätia. V súčasnosti je tento problém v tom, že LED žiarovky sú viditeľné len z pravdepodobnosti, že sú viditeľné z pravdepodobnosti. Preto veľa ľudí nenavrhlo dobrú metódu prevencie. Stále viac ľudí nevie, čo je vlnové napätie. LED žiarovky sú pokazené a dôvod sa nedá nájsť. Nakoniec existuje len jedna veta. Čo je to za nestabilný zdroj napájania, tak sa to vyrieši. Kde je konkrétna nestabilná situácia, to nevie.
Neizolovaný zdroj napájania je efektívny a druhým je, že náklady sú výhodnejšie.
Neizolované napájanie je vhodné na tieto účely: Po prvé, ide o vnútorné osvetlenie. Toto vnútorné elektrické prostredie je lepšie a vplyv vĺn je malý. Po druhé, použitie je pri malom napätí a malom prúde. Neizolované napájanie nemá zmysel pre nízkonapäťové prúdy, pretože účinnosť pri nízkom napätí a veľkých prúdoch nie je vyššia ako pri izolácii a náklady sú oveľa nižšie. Po tretie, neizolované napájanie sa používa v relatívne stabilnom prostredí. Samozrejme, ak existuje spôsob, ako vyriešiť problém potlačenia prepätia, rozsah použitia neizolovaného napájania sa výrazne rozšíri!
Vzhľadom na problém s vlnami by sa nemala podceňovať miera poškodenia. Vo všeobecnosti by sa pri oprave, poistení poškodenia, čipu a MOS mali najskôr zvážiť problémy s vlnami. Aby sa znížila miera poškodenia, je potrebné pri navrhovaní zvážiť faktory prepätia alebo sa vyhnúť používaniu zariadení počas používania. (Napríklad vnútorné lampy by sa mali na chvíľu vypnúť, keď sa ocitnete v havárii.)
Stručne povedané, použitie izolácie a neizolácie je často spôsobené problémom vlnových nárastov a problém vĺn a elektrického prostredia je úzko prepojený. Preto sa často nedá znížiť použitie izolovaného a neizolovaného zdroja napájania jednotlivo. Náklady sú veľmi výhodné, preto je potrebné zvoliť neizolovaný alebo izolovaný zdroj napájania pre LED diódy.
5. Zhrnutie
Tento článok predstavuje rozdiely medzi izolovaným a neizolovaným napájaním, ako aj ich výhody a nevýhody, časové možnosti adaptácie a výber izolačného napájania. Dúfam, že inžinieri to môžu použiť ako referenciu pri návrhu produktu. A po zlyhaní produktu rýchlo lokalizovať problém.
Čas uverejnenia: 8. júla 2023
