"Uma comissária de bordo de 23 anos da China Southern Airlines sofreu um choque elétrico enquanto falava ao iPhone 5 enquanto ele carregava", a notícia atraiu ampla atenção online. Carregadores podem colocar vidas em risco? Especialistas analisam o vazamento no transformador dentro do carregador de celular, o vazamento de corrente alternada de 220 VCA para a extremidade CC e através da linha de dados para a carcaça metálica do celular, o que pode levar à eletrocussão, resultando em uma tragédia irreversível.
Então, por que a saída do carregador de celular vem com 220 V CA? O que devemos considerar ao escolher uma fonte de alimentação isolada? Como distinguir entre fontes de alimentação isoladas e não isoladas? A visão comum no setor é:
1. Fonte de alimentação isolada: Não há conexão elétrica direta entre o loop de entrada e o loop de saída da fonte de alimentação, e a entrada e a saída estão em um estado isolado de alta resistência sem um loop de corrente, conforme mostrado na Figura 1:
2, fonte de alimentação não isolada:Existe um circuito de corrente contínua entre a entrada e a saída, por exemplo, a entrada e a saída são comuns. Um circuito flyback isolado e um circuito BUCK não isolado são tomados como exemplos, conforme mostrado na Figura 2. Figura 1: Fonte de alimentação isolada com transformador
1. As vantagens e desvantagens da fonte de alimentação isolada e da fonte de alimentação não isolada
De acordo com os conceitos acima, para a topologia de fonte de alimentação comum, a fonte de alimentação não isolada inclui principalmente Buck, Boost, buck-boost, etc. A fonte de alimentação de isolamento tem principalmente uma variedade de flyback, forward, half-bridge, LLC e outras topologias com transformadores de isolamento.
Combinando fontes de alimentação isoladas e não isoladas comumente usadas, podemos obter intuitivamente algumas de suas vantagens e desvantagens, as vantagens e desvantagens das duas são quase opostas.
Para utilizar fontes de alimentação isoladas ou unisoladas, é necessário entender como o projeto real necessita de fontes de alimentação, mas antes disso, você pode entender as principais diferenças entre fontes de alimentação isoladas e unisoladas:
① O módulo de isolamento tem alta confiabilidade, mas alto custo e baixa eficiência.
2A estrutura do módulo não isolado é muito simples, de baixo custo, alta eficiência e baixo desempenho de segurança.
Portanto, nas seguintes ocasiões, recomenda-se a utilização de fonte de alimentação isolada:
① Em situações que envolvam possíveis choques elétricos, como ao levar eletricidade da rede para CC de baixa tensão, é necessário usar fonte de alimentação CA-CC isolada;
2. O barramento de comunicação serial transmite dados por meio de redes físicas, como RS-232, RS-485 e a rede local do controlador (CAN). Cada um desses sistemas interconectados possui sua própria fonte de alimentação, e a distância entre os sistemas costuma ser grande. Portanto, geralmente é necessário isolar a fonte de alimentação para garantir a segurança física do sistema. Ao isolar e cortar o loop de aterramento, o sistema é protegido contra o impacto transitório de alta tensão e a distorção do sinal é reduzida.
③ Para portas de E/S externas, para garantir a operação confiável do sistema, é recomendável isolar a fonte de alimentação das portas de E/S.
A tabela resumida é mostrada na Tabela 1, e as vantagens e desvantagens das duas são quase opostas.
Tabela 1 Vantagens e desvantagens de fontes de alimentação isoladas e não isoladas
2，A escolha de energia isolada e energia não isolada
Ao entender as vantagens e desvantagens de fontes de alimentação isoladas e não isoladas, cada uma tem suas próprias vantagens, e conseguimos fazer julgamentos precisos sobre algumas opções comuns de fontes de alimentação incorporadas:
① A fonte de alimentação do sistema é geralmente usada para melhorar o desempenho anti-interferência e garantir a confiabilidade.
② Alimentação do CI ou de parte do circuito na placa de circuito, partindo de custos e volume, uso preferencial de esquemas sem isolamento.
③ Por motivos de segurança, se for necessário conectar a CA-CC da rede elétrica municipal ou a fonte de alimentação para uso médico, a fim de garantir a segurança da pessoa, é necessário usar a fonte de alimentação. Em alguns casos, é necessário usar a fonte de alimentação para reforçar o isolamento.
④ Para o fornecimento de energia de comunicação industrial remota, a fim de reduzir efetivamente os efeitos de diferenças geográficas e interferência de acoplamento de fios, geralmente é usado um fornecimento de energia separado para alimentar cada nó de comunicação sozinho.
⑤ Para o uso da fonte de alimentação da bateria, é utilizada uma fonte de alimentação sem isolamento para uma vida útil estrita da bateria.
Ao compreender as vantagens e desvantagens da alimentação com e sem isolamento, percebemos que cada uma delas tem suas próprias vantagens. Para alguns projetos de fontes de alimentação embarcadas comumente utilizados, podemos resumir as ocasiões de sua escolha.
1.Ifonte de alimentação de isolamento
Para melhorar o desempenho antiparasitário e garantir a confiabilidade, geralmente é usado o isolamento.
Para requisitos de segurança, se você precisar se conectar ao CA-CC da eletricidade municipal ou à fonte de alimentação para uso médico e aparelhos brancos, para garantir a segurança da pessoa, você deve usar a fonte de alimentação, como o MPS MP020, para o feedback original CA-CC, adequado para aplicações de 1 ~ 10 W;
Para o fornecimento de energia de comunicações industriais remotas, a fim de reduzir efetivamente os efeitos de diferenças geográficas e interferência de acoplamento de fios, geralmente é usado um fornecimento de energia separado para alimentar cada nó de comunicação individualmente.
2. Fonte de alimentação sem isolamento
O CI ou algum circuito na placa de circuito é alimentado pela relação preço e volume, e a solução sem isolamento é preferida; como o MPS MP150/157/MP174 série buck sem isolamento AC-DC, adequado para 1 ~ 5W;
No caso de tensão de trabalho abaixo de 36 V, a bateria é usada para fornecer energia, e há requisitos rigorosos de durabilidade, sendo preferível uma fonte de alimentação sem isolamento, como a MP2451/MPQ2451 da MPS.
As vantagens e desvantagens da alimentação de isolamento e da alimentação sem isolamento
Ao compreender as vantagens e desvantagens do fornecimento de energia com e sem isolamento, percebemos que cada um deles tem suas próprias vantagens. Para algumas opções de fontes de alimentação embarcadas comumente utilizadas, podemos seguir as seguintes condições de avaliação:
Por questões de segurança, se você precisar se conectar à CA-CC da rede elétrica municipal ou à fonte de alimentação médica, para garantir a segurança da pessoa, você deve usar a fonte de alimentação e, em algumas ocasiões, deve ser usada para melhorar o isolamento da fonte de alimentação.
Geralmente, os requisitos para a tensão de isolamento da alimentação do módulo não são muito altos, mas uma tensão de isolamento mais alta pode garantir que a fonte de alimentação do módulo tenha uma corrente de fuga menor, maior segurança e confiabilidade, e características de EMC melhores. Portanto, o nível geral de tensão de isolamento é acima de 1500 VCC.
3, precauções para a seleção do módulo de potência de isolamento
A resistência de isolamento da fonte de alimentação também é chamada de resistência à eletricidade na norma nacional GB-4943. Esta norma GB-4943 é um padrão de segurança para equipamentos de informação, como costumamos dizer, para evitar que pessoas sejam expostas a choques elétricos, danos físicos e explosões. O diagrama estrutural da fonte de alimentação de isolamento é mostrado abaixo.
Diagrama da estrutura de energia de isolamento
Como um indicador importante da potência do módulo, o padrão de isolamento e o método de teste de resistência à pressão também são estipulados na norma. Geralmente, o teste de conexão de potencial igual é utilizado em testes simples. O diagrama esquemático de conexão é o seguinte:
Diagrama significativo da resistência de isolamento
Métodos de teste:
Defina a tensão da resistência de tensão para o valor de resistência de tensão especificado, a corrente é definida como o valor de vazamento especificado e o tempo é definido como o valor de tempo de teste especificado;
Os medidores de pressão de operação iniciam os testes e a prensagem. Durante o tempo de teste prescrito, o módulo deve estar sem padrões e sem arco elétrico.
Observe que o módulo de potência de soldagem deve ser selecionado no momento do teste para evitar soldagens repetidas e danos ao módulo de potência.
Além disso, preste atenção:
1. Preste atenção se é CA-CC ou CC-CC.
2. O isolamento do módulo de potência de isolamento. Por exemplo, se a tensão CC de 1000 V atende aos requisitos de isolamento.
3. Se o módulo de potência de isolamento passou por um teste de confiabilidade abrangente. O módulo de potência deve ser submetido a testes de desempenho, testes de tolerância, condições transitórias, testes de confiabilidade, testes de compatibilidade eletromagnética EMC, testes de alta e baixa temperatura, testes extremos, testes de vida útil, testes de segurança, etc.
4. Se a linha de produção do módulo de potência isolado é padronizada. A linha de produção do módulo de potência precisa passar por diversas certificações internacionais, como ISO9001, ISO14001, OHSAS18001, etc., conforme mostrado na Figura 3 abaixo.
Figura 3 Certificação ISO
5. Se o módulo de potência de isolamento é aplicado em ambientes agressivos, como indústria e automóveis. O módulo de potência não é aplicado apenas em ambientes industriais agressivos, mas também no sistema de gerenciamento BMS de veículos de nova energia.
4,Ta percepção do poder de isolamento e do poder de não isolamento
Primeiramente, um mal-entendido é explicado: muitas pessoas pensam que a energia sem isolamento não é tão boa quanto a energia com isolamento, porque o fornecimento de energia isolado é caro, então deve ser caro.
Por que, na opinião de todos, é melhor usar energia de isolamento do que a de não isolamento agora? Na verdade, essa ideia permanece a mesma de alguns anos atrás. Como a estabilidade da não isolação nos anos anteriores não era de fato isolação e estabilidade, com a atualização da tecnologia de P&D, a não isolação está agora muito madura e se tornando mais estável. Falando em segurança, de fato, a energia de não isolamento também é muito segura. Desde que a estrutura seja ligeiramente alterada, ela ainda é segura para o corpo humano. Pelo mesmo motivo, a energia de não isolamento também pode passar por muitos padrões de segurança, como: Ultuvsaace.
Na verdade, a causa raiz dos danos à fonte de alimentação sem isolamento é causada pela tensão de pico em ambas as extremidades da linha de alimentação CA. Também pode ser dito que a onda de raio é um surto. Essa tensão é uma alta tensão instantânea em ambas as extremidades da linha de tensão CA, às vezes tão alta quanto 3.000 volts. Mas o tempo é muito curto e a energia é extremamente forte. Isso acontecerá quando houver trovões, ou na mesma linha CA, quando uma grande carga for desconectada, porque a inércia de corrente também ocorrerá. O circuito BUCK de isolamento transmitirá instantaneamente para a saída, danificará o anel de detecção de corrente constante ou danificará ainda mais o chip, fazendo com que 300 V passem e queimem toda a lâmpada. Para a fonte de alimentação antiagressiva de isolamento, o MOS será danificado. O fenômeno é que o armazenamento, o chip e os tubos MOS estão queimados. Agora, a fonte de alimentação acionada por LED está com defeito durante o uso, e mais de 80% são esses dois fenômenos semelhantes. Além disso, pequenas fontes de alimentação comutadas, mesmo que sejam adaptadores de energia, são frequentemente danificadas por esse fenômeno, causado pela tensão de onda, sendo ainda mais comum em fontes de alimentação de LED. Isso ocorre porque as características de carga do LED são particularmente resistentes a ondas. A tensão.
De acordo com a teoria geral, quanto menos componentes houver no circuito eletrônico, maior será a confiabilidade e quanto menor, maior será a confiabilidade da placa de circuito com mais componentes. De fato, circuitos sem isolamento são menos confiáveis do que circuitos com isolamento. Por que a confiabilidade do circuito com isolamento é alta? Na verdade, não se trata de confiabilidade, mas sim de circuitos sem isolamento, que são muito sensíveis a surtos, têm baixa capacidade de inibição e são isolados, pois a energia entra primeiro no transformador e, em seguida, é transportada do transformador para a carga do LED. O circuito Buck faz parte da fonte de alimentação de entrada diretamente para a carga do LED. Portanto, o primeiro tem uma grande chance de danos por supressão e atenuação de surtos, sendo, portanto, pequeno. De fato, o problema do não isolamento se deve principalmente ao problema de surtos. Atualmente, esse problema reside no fato de que apenas as lâmpadas de LED podem ser vistas a partir da probabilidade de serem vistas a partir da probabilidade. Portanto, muitas pessoas não propuseram um bom método de prevenção. Muitas pessoas não sabem o que é tensão de onda, muitas pessoas. As lâmpadas de LED estão quebradas e a causa não pode ser encontrada. No final, só há uma frase. O que é essa fonte de alimentação instável e ela será resolvida. Onde está a instabilidade específica, ele não sabe.
O fornecimento de energia sem isolamento é eficiente, e o segundo é que o custo é mais vantajoso.
A energia sem isolamento é adequada para diferentes situações: em primeiro lugar, trata-se de lâmpadas internas. Este ambiente elétrico interno é melhor e a influência das ondas é mínima. Em segundo lugar, a ocasião de uso é para baixa tensão e baixa corrente. O não isolamento não é significativo para correntes de baixa tensão, pois a eficiência de baixa tensão e altas correntes não é maior do que a do isolamento, e o custo é muito menor. Em terceiro lugar, a fonte de alimentação sem isolamento é usada em um ambiente relativamente estável. É claro que, se houver uma maneira de resolver o problema de supressão de surtos, a faixa de aplicação da energia sem isolamento será bastante ampliada!
Devido ao problema das ondas, a taxa de danos não deve ser subestimada. Geralmente, o tipo de devolução reparada, seguro de danos, chip e MOS devem ser considerados em primeiro lugar no problema das ondas. Para reduzir a taxa de danos, é necessário considerar os fatores de sobretensão ao projetar, ou interromper o uso quando os usuários estiverem usando, e tentar evitar sobretensão. (Como lâmpadas internas, desligue-as temporariamente quando estiver em uso)
Em resumo, o uso de isolamento e não isolamento é frequentemente devido ao problema de surtos de ondas, e o problema das ondas e o ambiente elétrico estão intimamente relacionados. Portanto, muitas vezes, o uso de fontes de alimentação com isolamento e sem isolamento não pode ser cortado simultaneamente. Os custos são muito vantajosos, por isso é necessário escolher a fonte de alimentação sem isolamento ou com isolamento para o acionamento do LED.
5. Resumo
Este artigo apresenta as diferenças entre energia com isolamento e sem isolamento, bem como suas respectivas vantagens e desvantagens, ocasiões de adaptação e a seleção da energia com isolamento. Espero que os engenheiros possam usar isso como referência no projeto de produtos. E, após a falha do produto, identifiquem rapidamente o problema.
Horário da publicação: 08/07/2023
