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直流電源的隔離電源和非隔離電源如何選擇?
一、電源隔離與非隔離的概念
直流電源的隔離與非隔離,主要是針對直流電源而言,業(yè)內比較通用的看法是:
①隔離電源:電源的輸入回路和輸出回路之間沒(méi)有直接的電氣連接,輸入和輸出之間是絕緣的高阻態(tài),沒(méi)有電流回路。
②非隔離電源:輸入和輸出之間有直接的電流回路,例如,輸入和輸出之間是共地的。
二、隔離電源與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)
由上述概念可知,對于常用的電源拓撲而言,非隔離電源主要有:Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔離電源主要有各種帶隔離變壓器的反激、正激、半橋、LLC等拓撲。
結合常用的隔離與非隔離電源,我們從直觀(guān)上就可得出它們的一些優(yōu)缺點(diǎn),兩者的優(yōu)缺點(diǎn)幾乎是相反的。
使用隔離或非隔離的電源,需了解實(shí)際項目對電源的需求是怎樣的,但在此之前,可了解下隔離和非隔離電源的主要差別:
①隔離模塊的可靠性高,但成本高,效率差點(diǎn)。
②非隔離模塊的結構很簡(jiǎn)單,成本低,效率高,安全性能差。
因此,在如下幾個(gè)場(chǎng)合,建議用隔離電源:
①涉及可能觸電的場(chǎng)合,如從電網(wǎng)取電,轉成低壓直流的場(chǎng)合,需用隔離的AC-DC電源;
②串行通信總線(xiàn)通過(guò)RS-232、RS-485和控制器局域網(wǎng)(CAN)等物理網(wǎng)絡(luò )傳送數據,這些相互連接的系統每個(gè)都配備有自己的電源,而且各系統之間往往間隔較遠,因此,我們通常需要隔離電源進(jìn)行電氣隔離來(lái)確保系統的物理安全,且通過(guò)隔離切斷接地回路,來(lái)保護系統免受瞬態(tài)高電壓沖擊,同時(shí)減少信號失真;
③對外的I/O端口,為保證系統的可靠運行,也建議對I/O端口做電源隔離。
三、隔離與非隔離電源的應用場(chǎng)合
通過(guò)了解隔離與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)可知,它們各有優(yōu)勢,對于一些常用的嵌入式供電選擇,我們已可做成準確的判斷:
①系統前級的電源,為提高抗干擾性能,保證可靠性,一般用隔離電源。
② 電路板內的IC或部分電路供電,從性?xún)r(jià)比和體積出發(fā),優(yōu)先選用非隔離的方案。
③ 對安全有要求的場(chǎng)合,如需接市電的AC-DC,或醫療用的電源,為保證人身的安全,必須用隔離電源,有些場(chǎng)合還必須用加強隔離的電源。
④ 對于遠程工業(yè)通信的供電,為有效降低地電勢差和導線(xiàn)耦合干擾的影響,一般用隔離電源為每個(gè)通信節點(diǎn)單獨供電。
⑤ 對于采用電池供電,對續航力要求嚴苛的場(chǎng)合,采用非隔離供電。 
四、抗電強度
電源的隔離耐壓在GB-4943國標中又叫抗電強度,這個(gè)GB-4943標準就是我們常說(shuō)的信息類(lèi)設備的安全標準,就是為了防止人員受到物理和電氣傷害的國家標準,其中包括避免人受到電擊傷害、物理傷害、爆炸等傷害。
測試方法:
將耐壓計的電壓設為規定的耐壓值,電流設為規定的漏電流值,時(shí)間設為規定的測試時(shí)間值;
操作耐壓計開(kāi)始測試,開(kāi)始加壓,在規定的測試時(shí)間內,模塊應無(wú)擊穿,無(wú)飛弧現象。
注意在測試時(shí)焊接電源模塊要選取合適的溫度,避免反復焊接,損壞電源模塊。
通過(guò)了解隔離與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)可知,它們各有優(yōu)勢,對于一些常用的嵌入式供電選擇,我們可遵循以下判斷條件:
對安全有要求的場(chǎng)合,如需接市電的AC-DC,或醫療用的電源,為保證人身的安全,必須用隔離電源,有些場(chǎng)合還必須用加強隔離的電源。
一般場(chǎng)合使用對模塊電源隔離電壓要求不是很高,但是更高的隔離電壓可以保證模塊電源具有更小的漏電流,更高的安全性和可靠性,并且EMC特性也更好一些,因此目前業(yè)界普遍的隔離電壓水平為1500VDC以上。
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