了解隔离与非隔离电源优缺点及应用设计

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在产品设计时,倘若没有考虑应用环境对电源隔离的要求,产品到了应用时就会出现因设计方案的不当导致的系统不稳定,甚至出现高压损坏后级负载的情况,以及出现危害人身财产安全的情况。因此产品设计是否需要隔离至关重要。

“南航一名23岁空姐在iPhone5充电时打电话被电死”,新闻在网上引起广泛关注。充电器也能能危害生命?专家分析手机充电器内部变压器漏电,220VAC的交流电漏电到直流端,并通过数据线传导到了手机金属壳上,最终导致触电身亡,发生无可挽回的悲剧。

那么手机充电器输出端为什么会带有220V的交流电呢?隔离电源的选型要注意哪些事项?如何区分电源是隔离与非隔离?业内通用的看法是: 

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,如图1所示:

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图1 采用变压器的隔离电源

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。以隔离的反激电路和非隔离的BUCK电路为例,如图2所示。 

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图2 非隔离电源 

一、隔离电源与非隔离电源的优缺点

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,如表1所示,两者的优缺点几乎是相反的。

表1 隔离电源和非隔离电源的优缺点

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二、隔离电源与非隔离电源的选择

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设计,我们可总结出其选择的场合。

1、隔离电源

  • 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;

  • 对安全有要求的场合,如需接市电的AC-DC,或医疗用的电源和白色家电,为保证人身的安全,   必须用隔离电源,如MPS的MP020,为原边反馈隔离型AC-DC,适合于1~10W应用 ;

  • 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。

2、非隔离电源

  • 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;

  • 对于工作电压低于36V,采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,优先采用非隔离供电。

 

三、总结

本文介绍了隔离电源和非隔离电源的区别,以及各自的优缺点、适应场合,以及隔离电源的选型注意事项,希望工程师在产品设计时能以此为参考,正确应用电源在产品的研发中,以及在产品出现故障后,快速定位问题所在。