»23-letna stevardesa letalske družbe China Southern Airlines je utrpela električni udar, medtem ko se je med polnjenjem pogovarjala po svojem iPhonu 5,« je novica na spletu pritegnila veliko pozornosti. Ali lahko polnilniki ogrozijo življenja? Strokovnjaki analizirajo puščanje transformatorja v polnilniku mobilnega telefona, puščanje izmeničnega toka 220 VAC na enosmerni konec in skozi podatkovno linijo na kovinsko ohišje mobilnega telefona, kar sčasoma vodi do električnega udara, ki je povzročil nepopravljivo tragedijo.
Zakaj torej izhod polnilnika mobilnega telefona prihaja z izmenično napetostjo 220 V? Na kaj moramo biti pozorni pri izbiri izoliranega napajanja? Kako ločiti med izoliranimi in neizoliranimi napajalniki? Splošno mnenje v industriji je:
1. Izolirano napajanjeMed vhodno zanko in izhodno zanko napajalnika ni neposredne električne povezave, vhod in izhod pa sta v izoliranem stanju z visoko upornostjo brez tokovne zanke, kot je prikazano na sliki 1:
2, neizolirano napajanje:Med vhodom in izhodom je zanka enosmernega toka, na primer vhod in izhod sta skupna. Kot primera sta izolirano vezje flyback in neizolirano vezje BUCK, kot je prikazano na sliki 2. Slika 1 Izolirano napajanje s transformatorjem
1. Prednosti in slabosti izoliranega in neizoliranega napajanja
V skladu z zgornjimi koncepti, za topologijo običajnega napajanja, neizolirano napajanje vključuje predvsem Buck, Boost, buck-boost itd. Izolirano napajanje ima predvsem različne topologije flyback, forward, half-most, LLC in druge z izolacijskimi transformatorji.
V kombinaciji z običajno uporabljenimi izoliranimi in neizoliranimi napajalniki lahko intuitivno dobimo nekatere njihove prednosti in slabosti, prednosti in slabosti obeh pa so skoraj nasprotne.
Za uporabo izoliranih ali neizoliranih napajalnikov je treba razumeti, kako dejanski projekt potrebuje napajalnike, pred tem pa lahko razumete glavne razlike med izoliranimi in neizoliranimi napajalniki:
① Izolacijski modul ima visoko zanesljivost, vendar visoke stroške in nizko učinkovitost.
2Struktura neizoliranega modula je zelo preprosta, poceni, visoko učinkovita in ima slabe varnostne lastnosti.
Zato je v naslednjih primerih priporočljivo uporabiti izolirano napajanje:
① V primeru morebitnega električnega udara, kot je odvzem električne energije iz omrežja za nizkonapetostni enosmerni tok, je treba uporabiti izolirano napajanje AC-DC;
② Serijsko komunikacijsko vodilo prenaša podatke prek fizičnih omrežij, kot so RS-232, RS-485 in lokalno omrežje krmilnika (CAN). Vsak od teh medsebojno povezanih sistemov je opremljen z lastnim napajanjem, razdalja med sistemi pa je pogosto velika. Zato moramo običajno izolirati napajanje za električno izolacijo, da zagotovimo fizično varnost sistema. Z izolacijo in prekinitvijo ozemljitvene zanke je sistem zaščiten pred vplivi prehodne visoke napetosti in popačenje signala se zmanjša.
③ Za zagotovitev zanesljivega delovanja sistema je pri zunanjih V/I vratih priporočljivo izolirati napajanje V/I vrat.
Povzetek tabele je prikazan v tabeli 1, prednosti in slabosti obeh pa so skoraj nasprotne.
Tabela 1 Prednosti in slabosti izoliranih in neizoliranih napajalnikov
2, Izbira izolirane in neizolirane moči
Z razumevanjem prednosti in slabosti izoliranih in neizoliranih napajalnikov ima vsak svoje prednosti in smo lahko natančno presodili o nekaterih pogostih možnostih vgrajenih napajalnikov:
① Napajanje sistema se običajno uporablja za izboljšanje delovanja proti motnjam in zagotavljanje zanesljivosti.
② Napajanje integriranega vezja ali dela vezja na tiskanem vezju, začenši s stroškovno učinkovito in prostorninsko, prednostno uporabo neizolacijskih shem.
③ Zaradi varnostnih zahtev, če morate priključiti AC-DC na mestno električno omrežje ali napajalnik za medicinsko uporabo, morate za zagotovitev varnosti osebe uporabiti napajalnik. V nekaterih primerih morate uporabiti napajalnik za okrepitev izolacije.
④ Za napajanje oddaljene industrijske komunikacije se za učinkovito zmanjšanje učinkov geografskih razlik in motenj zaradi žičnih povezav običajno uporablja ločeno napajanje za napajanje vsakega komunikacijskega vozlišča posebej.
⑤ Za napajanje iz baterije se za strogo življenjsko dobo baterije uporablja neizolirano napajanje.
Z razumevanjem prednosti in slabosti izoliranega in neizoliranega napajanja lahko ugotovimo, da imajo ta dva načina delovanja svoje prednosti. Za nekatere pogosto uporabljene zasnove vgrajenih napajalnikov lahko povzamemo primere njihove izbire.
1.Isončno napajanje
Za izboljšanje delovanja proti motnjam in zagotovitev zanesljivosti se običajno uporablja izolacija.
Zaradi varnostnih zahtev, če se morate priključiti na AC-DC mestno električno omrežje ali napajalnik za medicinsko uporabo in bele aparate, morate za zagotovitev varnosti osebe uporabiti napajalnik, kot je MPS MP020, za originalno povratno izmenično-enosmerno napajanje, primeren za aplikacije z močjo 1 ~ 10 W;
Za napajanje oddaljenih industrijskih komunikacij se za učinkovito zmanjšanje učinkov geografskih razlik in motenj zaradi žičnih povezav običajno uporablja ločeno napajanje za napajanje vsakega komunikacijskega vozlišča posebej.
2. Napajanje brez izolacije
Integrirano vezje ali neko vezje na tiskanem vezju se napaja glede na razmerje med ceno in prostornino, zato je prednostna rešitev brez izolacije; na primer neizolirani AC-DC buck serije MPS MP150/157/MP174, primeren za 1 ~ 5 W;
Pri delovni napetosti pod 36 V se za napajanje uporablja baterija, pri čemer obstajajo stroge zahteve glede vzdržljivosti, zato je prednostno napajanje brez izolacije, kot je na primer MPS MP2451/MPQ2451.
Prednosti in slabosti izolacijskega in neizoliranega napajanja
Z razumevanjem prednosti in slabosti izoliranih in neizoliranih napajalnikov lahko ugotovimo, da imajo vsak od njih svoje prednosti. Pri nekaterih pogosto uporabljenih vgrajenih napajalnikih lahko upoštevamo naslednje pogoje presoje:
Zaradi varnostnih zahtev, če se morate priključiti na AC-DC mestno električno omrežje ali napajalnik za medicinske namene, morate za zagotovitev varnosti osebe uporabiti napajalnik, v nekaterih primerih pa je treba okrepiti izolacijski napajalnik.
Na splošno zahteve glede izolacijske napetosti napajanja modulov niso zelo visoke, vendar lahko višja izolacijska napetost zagotovi manjši uhajalni tok napajanja modula, večjo varnost in zanesljivost ter boljše elektromagnetne lastnosti. Zato je splošna raven izolacijske napetosti nad 1500 VDC.
3, previdnostni ukrepi za izbiro izolacijskega napajalnega modula
Izolacijska upornost napajalnika se v nacionalnem standardu GB-4943 imenuje tudi protielektrična trdnost. Ta standard GB-4943 pogosto uporabljamo kot nacionalni standard za varnost informacijske opreme, da bi preprečili fizične in električne poškodbe ljudi, vključno z izogibanjem poškodbam zaradi električnega udara, fizičnih poškodb in eksplozij. Spodaj je prikazan strukturni diagram izolacijskega napajalnika.
Diagram strukture izolacijske moči
Kot pomemben kazalnik moči modula je v standardu določen tudi standard izolacije in metode preizkušanja tlačne odpornosti. Na splošno se pri preprostem preizkušanju uporablja preizkus povezave z enakim potencialom. Shema povezave je naslednja:
Pomemben diagram izolacijske upornosti
Preskusne metode:
Napetost napetostne upornosti nastavite na določeno vrednost napetostne upornosti, tok je nastavljen kot določena vrednost puščanja, čas pa je nastavljen na določeno vrednost časa preskusa;
Delovni merilniki tlaka začnejo s testiranjem in začnejo pritiskati. Med predpisanim časom testiranja mora biti modul brez udarcev in brez prebojnih oblokov.
Upoštevajte, da je treba varilni modul izbrati med testiranjem, da se izognete ponavljajočemu se varjenju in poškodbam modula.
Poleg tega bodite pozorni:
1. Bodite pozorni, ali gre za AC-DC ali DC-DC.
2. Izolacija izolacijskega napajalnega modula. Na primer, ali 1000 V DC izpolnjuje zahteve glede izolacije.
3. Ali je izolacijski napajalni modul opravljen celovit preizkus zanesljivosti. Napajalni modul je treba preizkusiti s preizkusom delovanja, preizkusom tolerance, preizkusom prehodnih pogojev, preizkusom zanesljivosti, preizkusom elektromagnetne združljivosti EMC, preizkusom visokih in nizkih temperatur, ekstremnimi preizkusi, preizkusom življenjske dobe, preizkusom varnosti itd.
4. Ali je proizvodna linija izoliranega napajalnega modula standardizirana. Proizvodna linija napajalnih modulov mora imeti številne mednarodne certifikate, kot so ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 itd., kot je prikazano na sliki 3 spodaj.
Slika 3 Certifikat ISO
5. Ali se izolacijski napajalni modul uporablja v zahtevnih okoljih, kot sta industrija in avtomobili? Napajalni modul se ne uporablja le v zahtevnem industrijskem okolju, temveč tudi v sistemu upravljanja BMS vozil z novo energijo.
4,TDojemanje moči izolacije in moči neizolacije
Najprej je pojasnjen nesporazum: Mnogi ljudje mislijo, da neizolirana moč ni tako dobra kot izolacijska moč, ker je izolirano napajanje drago, zato mora biti drago.
Zakaj je po mnenju vseh zdaj bolje uporabljati izolacijsko napajanje kot neizolirano? Pravzaprav je ta ideja ostala pri ideji izpred nekaj let. Ker neizolacijsko napajanje v prejšnjih letih res ni bilo stabilno, je neizolacijsko napajanje s posodobitvijo tehnologije raziskav in razvoja zdaj zelo zrelo in postaja bolj stabilno. Ko govorimo o varnosti, je neizolacijsko napajanje pravzaprav zelo varno. Dokler se struktura nekoliko spremeni, je še vedno varno za človeško telo. Iz istega razloga lahko neizolacijsko napajanje izpolnjuje tudi številne varnostne standarde, kot so: Ultuvsaace.
Pravzaprav je glavni vzrok poškodb neizoliranega napajalnika sunkovita napetost na obeh koncih izmeničnega omrežja. Lahko rečemo tudi, da je strela sunek. Ta napetost je trenutno visoka napetost na obeh koncih izmeničnega omrežja, včasih celo do tri tisoč voltov. Vendar je čas zelo kratek in energija izjemno močna. To se zgodi med grmenjem ali na istem izmeničnem omrežju, ko je velika obremenitev odklopljena, ker se pojavi tudi tokovna vztrajnost. Izolacijski BUCK tokokrog bo takoj prenesel tok na izhod, poškodoval obroč za zaznavanje konstantnega toka ali dodatno poškodoval čip, kar bo povzročilo prehod 300 V in sežgalo celotno svetilko. Pri izolacijskem antiagresivnem napajalniku se bo poškodoval MOS. Pojav je, da se pomnilnik, čip in MOS cevi izgorejo. Napajalniki, ki jih poganja LED, so med uporabo slabi in več kot 80 % teh dveh pojavov sta podobna. Poleg tega je majhen stikalni napajalnik, tudi če gre za napajalnik, pogosto poškodovan zaradi tega pojava, ki ga povzroča valovna napetost, pri napajalniku LED pa je to še bolj pogosto. To je zato, ker se LED diode še posebej bojijo valovne napetosti.
Glede na splošno teorijo velja, da manj komponent v elektronskem vezju pomeni večjo zanesljivost, manjša pa je zanesljivost tiskanega vezja. Pravzaprav so neizolirana vezja manjša od izolacijskih vezij. Zakaj je zanesljivost izolacijskega vezja visoka? Pravzaprav ne gre za zanesljivost, ampak za preobčutljivost neizoliranega vezja, ki ima slabo zaviralno sposobnost in izolacijsko vezje, ker energija najprej vstopi v transformator in se nato iz transformatorja prenese na obremenitev LED. Povprečno vezje je del vhodnega napajanja, ki neposredno napaja LED obremenitev. Zato je pri prvem veliko tveganje za poškodbe zaradi prenapetosti pri dušenju in slabljenju, zato je verjetnost poškodb majhna. Pravzaprav je problem neizolacije predvsem posledica prenapetosti. Trenutno je ta težava v tem, da je mogoče videti le LED žarnice z verjetnostjo, ki jo je mogoče videti. Zato mnogi ljudje niso predlagali dobre metode preprečevanja. Mnogi ljudje ne vedo, kaj je valovna napetost. LED žarnice so pokvarjene in vzroka ni mogoče najti. Na koncu je le en stavek. Kaj je to za nestabilno napajanje in ali se bo to poravnalo. Kje je specifična nestabilnost, ne ve.
Neizolirano napajanje je učinkovitost, druga pa je, da so stroški ugodnejši.
Neizolacijsko napajanje je primerno za naslednje primere: Prvič, gre za notranje svetilke. To notranje električno okolje je boljše in vpliv valov je majhen. Drugič, primer uporabe je majhna napetost in majhen tok. Neizolacijsko napajanje ni smiselno za nizkonapetostne tokove, ker učinkovitost nizke napetosti in velikih tokov ni višja od izolacije, stroški pa so veliko nižji. Tretjič, neizolirano napajanje se uporablja v relativno stabilnem okolju. Seveda, če obstaja način za rešitev problema zatiranja prenapetosti, se bo obseg uporabe neizoliranega napajanja močno razširil!
Zaradi problema valov se stopnja škode ne sme podcenjevati. Na splošno je treba pri popravilu, zavarovanju, čipu in MOS najprej upoštevati problem valov. Da bi zmanjšali stopnjo škode, je treba pri načrtovanju upoštevati dejavnike prenapetosti ali pa uporabnike med uporabo ustaviti in se poskušati izogniti prenapetosti. (Na primer, notranje svetilke začasno izklopite, ko se spopadate z nevarnostjo).
Skratka, uporaba izolacije in neizolacije je pogosto posledica problema valovnih sunkov, problem valov in električno okolje pa je tesno povezan. Zato se pogosto ne da eno za drugim zmanjšati uporabe izolacijskega in neizoliranega napajanja. Stroški so zelo ugodni, zato je treba za napajanje LED diod izbrati neizolirano ali izolirano napajanje.
5. Povzetek
Ta članek predstavlja razlike med izolacijsko in neizolirano močjo, pa tudi njihove prednosti in slabosti, priložnosti za prilagoditev in izbiro izolacijske moči. Upam, da bodo inženirji to lahko uporabili kot referenco pri načrtovanju izdelkov. In ko izdelek odpove, bodo hitro ugotovili težavo.
Čas objave: 8. julij 2023
