„23 metų „China Southern Airlines“ stiuardesė nutrenkė elektra, kalbėdama savo „iPhone 5“, kol šis kraunasi“ – ši žinia sulaukė didelio dėmesio internete. Ar įkrovikliai gali kelti pavojų gyvybei? Ekspertai analizuoja transformatoriaus nuotėkį mobiliojo telefono įkroviklio viduje, 220 V kintamosios srovės nuotėkį į nuolatinės srovės galą ir per duomenų liniją į metalinį mobiliojo telefono korpusą, ir galiausiai tai gali sukelti elektros smūgį – negrįžtamą tragediją.
Tad kodėl mobiliojo telefono įkroviklio išvestis yra 220 V kintamoji srovė? Į ką reikėtų atkreipti dėmesį renkantis izoliuotą maitinimo šaltinį? Kaip atskirti izoliuotus ir neizoliuotus maitinimo šaltinius? Pramonėje vyrauja nuomonė:
1. Izoliuotas maitinimo šaltinisNėra tiesioginio elektros ryšio tarp maitinimo šaltinio įvesties kilpos ir išvesties kilpos, o įvestis ir išvestis yra izoliuotoje, didelės varžos būsenoje be srovės kilpos, kaip parodyta 1 paveiksle:
2, neizoliuotas maitinimo šaltinis:Pavyzdžiui, tarp įėjimo ir išėjimo yra nuolatinės srovės kilpa, pavyzdžiui, įėjimas ir išėjimas yra bendri. Kaip pavyzdžiai imami izoliuota grįžtamojo ryšio grandinė ir neizoliuota BUCK grandinė, kaip parodyta 2 paveiksle. 1 paveikslas. Izoliuotas maitinimo šaltinis su transformatoriumi.
1. Izoliuoto ir neizoliuoto maitinimo šaltinio privalumai ir trūkumai
Remiantis aukščiau pateiktomis koncepcijomis, įprastai maitinimo šaltinių topologijai neizoliuotas maitinimo šaltinis daugiausia apima „Buck“, „Boost“, „buck-boost“ ir kt. Izoliacinis maitinimo šaltinis daugiausia turi įvairias „flyback“, „forward“, „half-bridge“, LLC ir kitas topologijas su izoliaciniais transformatoriais.
Kartu su dažniausiai naudojamais izoliuotais ir neizoliuotais maitinimo šaltiniais, intuityviai galime suprasti kai kuriuos jų privalumus ir trūkumus, abiejų privalumai ir trūkumai yra beveik priešingi.
Norint naudoti izoliuotus arba neizoliuotus maitinimo šaltinius, būtina suprasti, kaip konkrečiam projektui reikia maitinimo šaltinių, tačiau prieš tai galite suprasti pagrindinius skirtumus tarp izoliuotų ir neizoliuotų maitinimo šaltinių:
① Izoliacijos modulis pasižymi dideliu patikimumu, tačiau didele kaina ir mažu efektyvumu.
②Neizoliuoto modulio struktūra yra labai paprasta, nebrangi, didelio efektyvumo ir prasto saugumo.
Todėl šiais atvejais rekomenduojama naudoti izoliuotą maitinimo šaltinį:
① Galimi elektros smūgio atvejai, pvz., elektros energijos ėmimas iš tinklo į žemos įtampos nuolatinę srovę, reikalauja izoliuoto kintamosios-nuolatinės srovės maitinimo šaltinio;
② Nuosekliojo ryšio magistralė perduoda duomenis per fizinius tinklus, tokius kaip RS-232, RS-485 ir valdiklio vietinį tinklą (CAN). Kiekviena iš šių sujungtų sistemų turi savo maitinimo šaltinį, o atstumas tarp sistemų dažnai yra didelis. Todėl, norint užtikrinti fizinį sistemos saugumą, paprastai reikia izoliuoti maitinimo šaltinį, kad būtų užtikrinta elektrinė izoliacija. Izoliuojant ir nutraukiant įžeminimo kilpą, sistema apsaugoma nuo trumpalaikio aukštos įtampos poveikio ir sumažinamas signalo iškraipymas.
③ Norint užtikrinti patikimą sistemos veikimą, išoriniams įvesties / išvesties prievadams rekomenduojama izoliuoti įvesties / išvesties prievadų maitinimo šaltinį.
Apibendrinta lentelė pateikta 1 lentelėje, o abiejų privalumai ir trūkumai yra beveik priešingi.
1 lentelė. Izoliuotų ir neizoliuotų maitinimo šaltinių privalumai ir trūkumai
2, Izoliuotos ir neizoliuotos galios pasirinkimas
Suprasdami izoliuotų ir neizoliuotų maitinimo šaltinių privalumus ir trūkumus, kiekvienas turi savo privalumų, todėl galėjome priimti tikslius sprendimus dėl kai kurių įprastų įterptųjų maitinimo šaltinių variantų:
① Sistemos maitinimo šaltinis paprastai naudojamas siekiant pagerinti apsaugą nuo trukdžių ir užtikrinti patikimumą.
② IC arba jos dalies maitinimo šaltinis plokštėje, pradedant nuo ekonomiško ir didelio tūrio, pirmenybę teikiant neizoliacinėms schemoms.
③ Dėl saugos reikalavimų, jei reikia prijungti savivaldybės elektros tinklo kintamosios ir nuolatinės srovės maitinimo šaltinį arba medicininės paskirties maitinimo šaltinį, siekiant užtikrinti asmens saugumą, privalote naudoti maitinimo šaltinį. Kai kuriais atvejais turite naudoti maitinimo šaltinį izoliacijai sustiprinti.
4. Nuotolinio pramoninio ryšio maitinimo šaltiniui, siekiant efektyviai sumažinti geografinių skirtumų ir laidų sujungimo trukdžių poveikį, paprastai naudojamas atskiras maitinimo šaltinis kiekvienam ryšio mazgui maitinti.
⑤ Naudojant akumuliatoriaus maitinimą, naudojamas neizoliuotas maitinimo šaltinis, siekiant griežtai užtikrinti akumuliatoriaus veikimo laiką.
Suprasdami izoliacijos ir neizoliacijos maitinimo privalumus ir trūkumus, galime nustatyti, kad jie turi savų privalumų. Galime apibendrinti kai kuriuos dažniausiai naudojamus įterptųjų maitinimo šaltinių dizainus, pasirinktus pagal jų ypatybes.
1.Isaulės maitinimo šaltinis
Siekiant pagerinti apsaugą nuo trukdžių ir užtikrinti patikimumą, paprastai naudojama izoliacija.
Dėl saugos reikalavimų, jei reikia prijungti prie savivaldybės elektros tinklo kintamosios ir nuolatinės srovės arba medicininės paskirties maitinimo šaltinio ir baltųjų prietaisų, siekiant užtikrinti asmens saugumą, turite naudoti maitinimo šaltinį, pvz., MPS MP020, originaliam grįžtamajam kintamosios ir nuolatinės srovės ryšiui, tinkantį 1–10 W taikymams;
Nuotolinio pramoninio ryšio maitinimo šaltiniui, siekiant efektyviai sumažinti geografinių skirtumų ir laidų sujungimo trukdžių poveikį, paprastai naudojamas atskiras maitinimo šaltinis kiekvienam ryšio mazgui maitinti atskirai.
2. Neizoliuotas maitinimo šaltinis
Grandinės plokštės IC arba kokia nors grandinė maitinama kainos ir tūrio santykiu, todėl pirmenybė teikiama neizoliuotam sprendimui; pavyzdžiui, MPS MP150/157/MP174 serijos kintamosios ir nuolatinės srovės (AC-DC) neizoliuotas sprendimas, tinkantis 1–5 W galiai;
Jei darbinė įtampa yra mažesnė nei 36 V, maitinimui naudojama baterija, kuriai keliami griežti ištvermės reikalavimai, todėl pirmenybė teikiama neizoliuotam maitinimo šaltiniui, pvz., MPS MP2451/MPQ2451.
Izoliacinio ir neizoliacinio maitinimo šaltinių privalumai ir trūkumai
Suprasdami izoliacinių ir neizoliuotų maitinimo šaltinių privalumus ir trūkumus, suprasite, kad jie turi savų privalumų. Rinkdamiesi kai kuriuos dažniausiai naudojamus įterptuosius maitinimo šaltinius, galime vadovautis šiomis vertinimo sąlygomis:
Dėl saugos reikalavimų, jei reikia prisijungti prie savivaldybės elektros tinklo kintamosios ir nuolatinės srovės arba medicininio maitinimo šaltinio, siekiant užtikrinti asmens saugumą, turite naudoti maitinimo šaltinį, o kai kuriais atvejais reikia sustiprinti maitinimo šaltinio izoliaciją.
Paprastai modulio maitinimo izoliacijos įtampos reikalavimai nėra labai aukšti, tačiau didesnė izoliacijos įtampa gali užtikrinti mažesnę modulio maitinimo šaltinio nuotėkio srovę, didesnį saugumą ir patikimumą, o EMC charakteristikos yra geresnės. Todėl bendra izoliacijos įtampa yra didesnė nei 1500 V nuolatinės srovės.
3, atsargumo priemonės renkantis izoliacijos maitinimo modulį
Maitinimo šaltinio izoliacijos varža GB-4943 nacionaliniame standarte dar vadinama apsaugos nuo elektros smūgio varža. Šis GB-4943 standartas yra informacinės įrangos saugumo standartas, kurį dažnai vadiname nacionaliniais standartais, skirtas apsaugoti žmones nuo fizinių ir elektrinių sužalojimų, įskaitant žmonių sužalojimą dėl elektros smūgio, fizinės žalos ir sprogimo. Kaip parodyta žemiau, pateikta izoliacijos maitinimo šaltinio struktūros schema.
Izoliacijos galios struktūros schema
Kaip svarbus modulio galios rodiklis, standarte taip pat nurodytas izoliacijos standartas ir atsparumo slėgiui bandymo metodas. Paprastai atliekant paprastus bandymus naudojamas lygiaverčio potencialo jungties bandymas. Jungties schema yra tokia:
Reikšminga izoliacijos varžos diagrama
Bandymo metodai:
Įtampos varžos įtampą nustatykite pagal nurodytą įtampos varžos vertę, srovė nustatoma pagal nurodytą nuotėkio vertę, o laikas nustatomas pagal nurodytą bandymo laiko vertę;
Darbiniai slėgio matuokliai pradeda bandymą ir pradeda spausti. Nustatytu bandymo laiku modulis turi būti be raštų ir išlydžio.
Atkreipkite dėmesį, kad suvirinimo maitinimo modulį reikia pasirinkti bandymo metu, kad būtų išvengta pakartotinio suvirinimo ir maitinimo modulio pažeidimo.
Be to, atkreipkite dėmesį:
1. Atkreipkite dėmesį, ar tai AC-DC, ar DC-DC.
2. Izoliacijos maitinimo modulio izoliacija. Pavyzdžiui, ar 1000 V nuolatinė srovė atitinka izoliacijos reikalavimus.
3. Ar izoliacijos maitinimo modulis turi išsamų patikimumo bandymą? Maitinimo modulis turėtų būti patikrintas atliekant našumo bandymus, tolerancijos bandymus, trumpalaikių sąlygų bandymus, patikimumo bandymus, EMC elektromagnetinio suderinamumo bandymus, aukštos ir žemos temperatūros bandymus, ekstremalių temperatūrų bandymus, eksploatavimo laiko bandymus, saugumo bandymus ir kt.
4. Ar izoliuoto maitinimo modulio gamybos linija yra standartizuota. Maitinimo modulio gamybos linija turi atitikti keletą tarptautinių sertifikatų, tokių kaip ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 ir kt., kaip parodyta 3 paveiksle.
3 pav. ISO sertifikavimas
5. Ar izoliacinis maitinimo modulis naudojamas atšiaurioje aplinkoje, pavyzdžiui, pramonėje ir automobiliuose. Maitinimo modulis naudojamas ne tik atšiaurioje pramoninėje aplinkoje, bet ir naujų energijos transporto priemonių BMS valdymo sistemoje.
4,TIzoliacijos galios ir neizoliacijos galios suvokimas
Pirmiausia paaiškinamas nesusipratimas: daugelis žmonių mano, kad neizoliuota energija nėra tokia gera kaip izoliacinė energija, nes izoliuotas maitinimo šaltinis yra brangus, todėl jis turi būti brangus.
Kodėl dabar visiems atrodo geriau naudoti izoliacijos galią nei neizoliaciją? Tiesą sakant, ši idėja liko prieš kelerius metus. Kadangi ankstesnių metų neizoliacijos stabilumas iš tiesų neturėjo nei izoliacijos, nei stabilumo, tačiau atnaujinus mokslinių tyrimų ir plėtros technologijas, neizoliacija dabar yra labai subrendusi ir tampa stabilesnė. Kalbant apie saugumą, iš tikrųjų neizoliacijos galia taip pat yra labai saugi. Kol struktūra šiek tiek pakeista, ji vis tiek saugi žmogaus organizmui. Dėl tos pačios priežasties neizoliacijos galia taip pat gali atitikti daugelį saugumo standartų, tokių kaip: Ultuvsaace.
Iš tiesų, pagrindinė neizoliuoto maitinimo šaltinio pažeidimo priežastis yra įtampos šuoliai abiejuose kintamosios srovės maitinimo linijos galuose. Taip pat galima sakyti, kad žaibo banga yra šuolis. Ši įtampa yra momentinė, kartais net trys tūkstančiai voltų abiejuose kintamosios srovės maitinimo linijos galuose. Tačiau laikas yra labai trumpas, o energija itin stipri. Tai gali įvykti perkūnijos metu arba toje pačioje kintamosios srovės linijoje, kai atjungiama didelė apkrova, nes taip pat atsiranda srovės inercija. Izoliacinė BUCK grandinė akimirksniu perduoda srovę į išėjimą, pažeidžia nuolatinės srovės aptikimo žiedą arba dar labiau pažeidžia lustą, dėl ko praeina 300 V įtampa ir sudega visa lempa. Izoliaciniame antiagresyviame maitinimo šaltinyje MOS bus pažeistas. Reiškinys yra atminties, lusto ir MOS lempų perdegimas. LED maitinimo šaltinis yra blogas naudojimo metu, ir daugiau nei 80 % atvejų šie du reiškiniai yra panašūs. Be to, mažas perjungimo maitinimo šaltinis, net jei tai yra maitinimo adapteris, dažnai pažeidžiamas dėl šio reiškinio, kurį sukelia bangų įtampa, o LED maitinimo šaltiniuose tai dar dažniau pasitaiko. Taip yra todėl, kad LED apkrovos charakteristikos ypač bijo bangų. Įtampa.
Pagal bendrąją teoriją, kuo mažiau komponentų elektroninėje grandinėje, tuo didesnis patikimumas, o kuo mažesnis, tuo didesnis komponento plokštės patikimumas. Iš tiesų, neizoliuotos grandinės yra mažesnės nei izoliacinės grandinės. Kodėl izoliacinės grandinės patikimumas yra didelis? Iš tiesų, tai nėra patikimumas, bet neizoliuota grandinė yra per daug jautri viršįtampiams, prastas slopinimo pajėgumas ir izoliacinė grandinė, nes energija pirmiausia patenka į transformatorių, o tada perduodama iš transformatoriaus į LED apkrovą. Buck grandinė yra įvesties maitinimo šaltinio, tiesiogiai prijungto prie LED apkrovos, dalis. Todėl pirmoji turi didelę viršįtampių slopinimo ir silpninimo tikimybę, todėl ji yra maža. Iš tikrųjų neizoliacijos problema daugiausia kyla dėl viršįtampių problemos. Šiuo metu ši problema yra ta, kad tik LED lempos gali būti matomos iš tikimybės. Todėl daugelis žmonių nepasiūlė gero prevencijos metodo. Vis daugiau žmonių nežino, kas yra bangos įtampa. LED lempos sugedusios, ir priežasties nerandama. Galiausiai lieka tik vienas sakinys. Kodėl šis maitinimo šaltinis nestabilus, ir tai bus išspręsta. Kur tas konkretus nestabilumas, jis nežino.
Neizoliuotas maitinimo šaltinis yra efektyvumas, o antra, kaina yra palankesnė.
Neizoliuotas maitinimo šaltinis tinka įvairioms progoms: pirma, tai yra patalpų lempos. Šios patalpų elektros aplinka yra geresnė, o bangų įtaka yra maža. Antra, naudojama esant mažai įtampai ir mažai srovei. Neizoliuotas maitinimo šaltinis nėra prasmingas esant žemos įtampos srovėms, nes žemos įtampos ir didelių srovių efektyvumas nėra didesnis nei izoliacijos, o kaina yra daug mažesnė. Trečia, neizoliuotas maitinimo šaltinis naudojamas santykinai stabilioje aplinkoje. Žinoma, jei yra būdas išspręsti viršįtampių slopinimo problemą, neizoliuoto maitinimo šaltinio taikymo sritis labai išsiplės!
Dėl bangų problemos žalos rodiklio nereikėtų nuvertinti. Paprastai remonto grąžinimo, draudimo, mikroschemų ir MOS gedimų atveju pirmiausia reikėtų atsižvelgti į bangų problemą. Siekiant sumažinti žalos rodiklį, projektuojant būtina atsižvelgti į viršįtampių veiksnius arba išjungti vartotojus, kai jie naudojami, ir stengtis vengti viršįtampių. (Pvz., patalpų lempas, prieš naudojimą jas laikinai išjunkite.)
Apibendrinant galima teigti, kad izoliacijos ir neizoliacijos naudojimas dažnai kyla dėl bangų viršįtampių problemos, o bangų ir elektros aplinkos problema yra glaudžiai susijusi. Todėl dažnai izoliacijos ir neizoliacijos maitinimo šaltinių naudojimo negalima sumažinti atskirai. Išlaidos yra labai palankios, todėl LED maitinimo šaltiniui reikia pasirinkti neizoliaciją arba izoliaciją.
5. Santrauka
Šiame straipsnyje pristatomi izoliacinės ir neizoliuotos galios skirtumai, taip pat jų atitinkami privalumai ir trūkumai, pritaikymo atvejai ir izoliacinės galios parinkimas. Tikiuosi, kad inžinieriai galės tai naudoti kaip nuorodą kurdami gaminius. O gaminiui sugedus, greitai nustatyti problemą.
Įrašo laikas: 2023 m. liepos 8 d.
