"Una azafata de 23 años de China Southern Airlines se electrocutó mientras hablaba por su iPhone 5 mientras se cargaba", la noticia ha generado gran interés en internet. ¿Pueden los cargadores poner en peligro la vida? Expertos analizan la fuga del transformador dentro del cargador del teléfono móvil, la fuga de corriente alterna de 220 V CA hacia el extremo de CC y, a través de la línea de datos, hacia la carcasa metálica del teléfono, lo que eventualmente provoca electrocución, una tragedia irreversible.
Entonces, ¿por qué la salida del cargador del teléfono móvil es de 220 V CA? ¿Qué debemos tener en cuenta al seleccionar una fuente de alimentación aislada? ¿Cómo distinguir entre fuentes de alimentación aisladas y no aisladas? La opinión general en la industria es:
1. Fuente de alimentación aislada:No hay una conexión eléctrica directa entre el bucle de entrada y el bucle de salida de la fuente de alimentación, y la entrada y la salida están en un estado aislado de alta resistencia sin un bucle de corriente, como se muestra en la Figura 1:
2, fuente de alimentación no aislada:Existe un bucle de corriente continua entre la entrada y la salida; por ejemplo, la entrada y la salida son comunes. Se toman como ejemplos un circuito flyback aislado y un circuito BUCK no aislado, como se muestra en la Figura 2. Figura 1: Fuente de alimentación aislada con transformador.
1. Ventajas y desventajas de la fuente de alimentación aislada y la fuente de alimentación no aislada.
De acuerdo con los conceptos anteriores, para la topología de fuente de alimentación común, la fuente de alimentación no aislada incluye principalmente Buck, Boost, buck-boost, etc. La fuente de alimentación de aislamiento tiene principalmente una variedad de flyback, forward, medio puente, LLC y otras topologías con transformadores de aislamiento.
Combinado con fuentes de alimentación aisladas y no aisladas de uso común, podemos obtener intuitivamente algunas de sus ventajas y desventajas, las ventajas y desventajas de las dos son casi opuestas.
Para utilizar fuentes de alimentación aisladas o no aisladas, es necesario comprender cómo el proyecto real necesita las fuentes de alimentación, pero antes de eso, puede comprender las principales diferencias entre las fuentes de alimentación aisladas y no aisladas:
① El módulo de aislamiento tiene alta confiabilidad, pero alto costo y baja eficiencia.
2La estructura del módulo no aislado es muy simple, de bajo costo, alta eficiencia y bajo desempeño de seguridad.
Por lo tanto, en las siguientes ocasiones, se recomienda utilizar una fuente de alimentación aislada:
① En caso de posibles situaciones de descarga eléctrica, como la toma de electricidad de la red a situaciones de CC de bajo voltaje, es necesario utilizar una fuente de alimentación de CA-CC aislada;
② El bus de comunicación serie transmite datos a través de redes físicas como RS-232, RS-485 y la red de área local (CAN) del controlador. Cada uno de estos sistemas interconectados cuenta con su propia fuente de alimentación, y la distancia entre ellos suele ser considerable. Por lo tanto, generalmente es necesario aislar la fuente de alimentación para garantizar el aislamiento eléctrico y la seguridad física del sistema. Al aislar y cortar el bucle de tierra, el sistema queda protegido del impacto de transitorios de alta tensión y se reduce la distorsión de la señal.
③ Para los puertos de E/S externos, para garantizar el funcionamiento confiable del sistema, se recomienda aislar la fuente de alimentación de los puertos de E/S.
La tabla resumida se muestra en la Tabla 1, y las ventajas y desventajas de los dos son casi opuestas.
Tabla 1 Ventajas y desventajas de las fuentes de alimentación aisladas y no aisladas
2. La elección de energía aislada y energía no aislada
Al comprender las ventajas y desventajas de las fuentes de alimentación aisladas y no aisladas, cada una tiene sus propias ventajas, y hemos podido realizar juicios precisos sobre algunas opciones comunes de fuentes de alimentación integradas:
① La fuente de alimentación del sistema se utiliza generalmente para mejorar el rendimiento antiinterferencias y garantizar la confiabilidad.
② Fuente de alimentación del IC o parte del circuito en la placa de circuito, a partir de una solución rentable y de volumen, con uso preferencial de esquemas sin aislamiento.
③ Por razones de seguridad, si necesita conectar la alimentación CA-CC del sistema eléctrico municipal o la fuente de alimentación para uso médico, para garantizar la seguridad de las personas, debe usar la fuente de alimentación. En algunos casos, debe usar la fuente de alimentación para reforzar el aislamiento.
④ Para el suministro de energía de la comunicación industrial remota, con el fin de reducir de manera efectiva los efectos de las diferencias geográficas y la interferencia de acoplamiento de cables, generalmente se utiliza una fuente de alimentación separada para alimentar cada nodo de comunicación solo.
⑤ Para el uso de la fuente de alimentación de batería, se utiliza una fuente de alimentación sin aislamiento para una vida útil estricta de la batería.
Al comprender las ventajas y desventajas de las fuentes de alimentación con y sin aislamiento, cada una presenta sus propias ventajas. Para algunos diseños de fuentes de alimentación integradas comúnmente utilizados, podemos resumir las ocasiones de su elección.
1.Ifuente de alimentación de aislamiento
Para mejorar el rendimiento antiinterferencia y garantizar la confiabilidad, generalmente se utiliza aislamiento.
Por requisitos de seguridad, si necesita conectarse a la CA-CC de la electricidad municipal, o la fuente de alimentación para uso médico y electrodomésticos blancos, para garantizar la seguridad de la persona, debe utilizar la fuente de alimentación, como la MPS MP020, para la retroalimentación original CA-CC, adecuada para aplicaciones de 1 ~ 10 W;
Para el suministro de energía de las comunicaciones industriales remotas, con el fin de reducir de manera efectiva los efectos de las diferencias geográficas y la interferencia de acoplamiento de cables, generalmente se utiliza una fuente de alimentación separada para alimentar cada nodo de comunicación solo.
2. Fuente de alimentación sin aislamiento
El IC o algún circuito en la placa de circuito se alimenta por la relación de precio y volumen, y se prefiere la solución sin aislamiento; como el reductor AC-DC sin aislamiento de la serie MPS MP150/157/MP174, adecuado para 1 ~ 5W;
En el caso de un voltaje de trabajo inferior a 36 V, se utiliza la batería para suministrar energía y existen requisitos estrictos de resistencia, y se prefiere una fuente de alimentación sin aislamiento, como MP2451/MPQ2451 de MPS.
Ventajas y desventajas de la alimentación con aislamiento y la alimentación sin aislamiento
Al comprender las ventajas y desventajas de las fuentes de alimentación con y sin aislamiento, cada una presenta sus propias ventajas. Para algunas opciones de fuentes de alimentación integradas de uso común, podemos seguir las siguientes condiciones de evaluación:
Por requisitos de seguridad, si necesita conectarse a la CA-CC de la electricidad municipal o al suministro de energía para uso médico, para garantizar la seguridad de la persona, debe usar la fuente de alimentación y, en algunas ocasiones, debe aprovecharse para mejorar el aislamiento de la fuente de alimentación.
Generalmente, los requisitos de voltaje de aislamiento de la alimentación del módulo no son muy altos, pero un voltaje de aislamiento más alto puede garantizar que la fuente de alimentación del módulo tenga una corriente de fuga menor, mayor seguridad y confiabilidad, y mejores características EMC. Por lo tanto, el nivel de voltaje de aislamiento general es superior a 1500 VCC.
3Precauciones para la selección del módulo de potencia de aislamiento
La resistencia de aislamiento de la fuente de alimentación también se denomina resistencia antielectricidad en la norma nacional GB-4943. Esta norma, que se refiere a los estándares de seguridad de los equipos de información, suele utilizarse para evitar daños físicos y eléctricos, incluyendo la prevención de descargas eléctricas, daños físicos y explosiones. A continuación se muestra el diagrama de la estructura de la fuente de alimentación de aislamiento.
Diagrama de estructura de potencia de aislamiento
Como indicador importante de la potencia del módulo, la norma también estipula el método de prueba de aislamiento y resistencia a la presión. Generalmente, la prueba de conexión de igual potencial se utiliza en pruebas simples. El diagrama esquemático de conexión es el siguiente:
Diagrama significativo de resistencia de aislamiento
Métodos de prueba:
Establezca el voltaje de la resistencia de voltaje en el valor de resistencia de voltaje especificado, la corriente se establece como el valor de fuga especificado y el tiempo se establece en el valor de tiempo de prueba especificado;
Los medidores de presión de operación comienzan a realizar pruebas y a presionar. Durante el tiempo de prueba prescrito, el módulo debe estar libre de golpes y arcos eléctricos.
Tenga en cuenta que el módulo de potencia de soldadura debe seleccionarse en el momento de la prueba para evitar soldaduras repetidas y dañar el módulo de potencia.
Además, preste atención:
1. Preste atención si es CA-CC o CC-CC.
2. El aislamiento del módulo de alimentación. Por ejemplo, si la tensión de 1000 V CC cumple con los requisitos de aislamiento.
3. Si el módulo de alimentación de aislamiento se somete a pruebas de confiabilidad exhaustivas. El módulo de alimentación debe someterse a pruebas de rendimiento, tolerancia, condiciones transitorias, confiabilidad, compatibilidad electromagnética EMC, altas y bajas temperaturas, pruebas extremas, vida útil y seguridad, entre otras.
4. Si la línea de producción del módulo de potencia aislado está estandarizada. La línea de producción del módulo de potencia debe cumplir con diversas certificaciones internacionales, como ISO9001, ISO14001, OHSAS18001, etc., como se muestra en la Figura 3 a continuación.
Figura 3 Certificación ISO
5. Si el módulo de alimentación de aislamiento se aplica a entornos hostiles, como la industria y la automoción. El módulo de alimentación no solo se aplica en entornos industriales hostiles, sino también en el sistema de gestión BMS de vehículos de nueva energía.
4,TLa percepción del poder de aislamiento y del poder de no aislamiento
En primer lugar, se explica un malentendido: muchas personas piensan que la energía sin aislamiento no es tan buena como la energía con aislamiento, porque la fuente de alimentación aislada es cara, por lo que debe ser cara.
¿Por qué, según la opinión general, es mejor usar energía con aislamiento que sin aislamiento? De hecho, esta idea se mantuvo vigente hace algunos años. Dado que la estabilidad sin aislamiento en años anteriores carecía de aislamiento y estabilidad, con la actualización de la tecnología de I+D, este tipo de energía ha alcanzado una madurez y se está volviendo más estable. En cuanto a seguridad, la energía sin aislamiento también es muy segura. Con pequeñas modificaciones en la estructura, sigue siendo segura para el cuerpo humano. Por la misma razón, la energía sin aislamiento también cumple con numerosos estándares de seguridad, como Ultuvsaace.
De hecho, la causa principal del daño a la fuente de alimentación sin aislamiento es la sobretensión en ambos extremos de la línea de CA. También se puede decir que la onda de rayo es una sobretensión. Esta tensión es una alta tensión instantánea en ambos extremos de la línea de CA, a veces tan alta como tres mil voltios. Sin embargo, el tiempo es muy corto y la energía es extremadamente fuerte. Ocurre cuando hay un trueno, o en la misma línea de CA, cuando se desconecta una carga grande, debido a la inercia de la corriente. El circuito BUCK de aislamiento transmitirá instantáneamente a la salida, dañando el anillo de detección de corriente constante o dañando aún más el chip, haciendo pasar 300 V y quemando toda la lámpara. En el caso de la fuente de alimentación antiagresiva de aislamiento, el MOS se dañará. El fenómeno es que el almacenamiento, el chip y los tubos MOS se queman. Ahora bien, la fuente de alimentación impulsada por LED presenta fallas durante el uso, y más del 80% son estos dos fenómenos similares. Además, las fuentes de alimentación conmutadas pequeñas, incluso las adaptadoras de corriente, suelen sufrir daños por este fenómeno, causado por ondas de tensión, y en las fuentes de alimentación LED, es aún más común. Esto se debe a que las características de carga de los LED son especialmente sensibles a las ondas de tensión.
Según la teoría general, cuantos menos componentes tenga un circuito electrónico, mayor será la fiabilidad, y cuanto menor sea la fiabilidad de la placa de circuito, menor será la de los componentes. De hecho, los circuitos sin aislamiento son menos fiables que los circuitos con aislamiento. ¿A qué se debe la alta fiabilidad de los circuitos con aislamiento? En realidad, no se trata de fiabilidad, sino de la excesiva sensibilidad a las sobretensiones, la baja capacidad inhibitoria y el aislamiento del circuito, ya que la energía entra primero en el transformador y luego se transporta desde este a la carga del LED. El circuito reductor forma parte de la alimentación de entrada que va directamente a la carga del LED. Por lo tanto, el primero tiene una alta probabilidad de sufrir daños por sobretensiones, tanto en su supresión como en su atenuación, por lo que es poco probable. De hecho, el problema de la falta de aislamiento se debe principalmente a las sobretensiones. Actualmente, este problema reside en que solo las lámparas LED son visibles. Por lo tanto, muchas personas no han propuesto un buen método de prevención. Muchas desconocen qué es la tensión de onda y muchas lámparas LED se rompen sin encontrar la causa. Al final, solo hay una frase: "¿Qué fuente de alimentación es inestable?", y se resolverá. Dónde está la inestabilidad específica, él no lo sabe.
La fuente de alimentación sin aislamiento es eficiencia y la segunda es que el costo es más ventajoso.
La fuente de alimentación sin aislamiento es adecuada para diversas situaciones: en primer lugar, para lámparas de interior. Este entorno eléctrico interior es mejor y la influencia de las ondas es mínima. En segundo lugar, se utiliza con voltajes y corrientes bajos. La fuente de alimentación sin aislamiento no es adecuada para corrientes de bajo voltaje, ya que su eficiencia con voltajes bajos y corrientes altas no es mayor que la del aislamiento y su costo es mucho menor. En tercer lugar, la fuente de alimentación sin aislamiento se utiliza en entornos relativamente estables. Por supuesto, si se logra suprimir las sobretensiones, el rango de aplicación de la fuente de alimentación sin aislamiento se ampliará considerablemente.
Debido al problema de las ondas, no se debe subestimar la tasa de daños. Generalmente, al reparar, ...
En resumen, el uso de fuentes de alimentación con y sin aislamiento suele deberse al problema de las sobretensiones, y este problema está estrechamente relacionado con el entorno eléctrico. Por lo tanto, a menudo no es posible prescindir de fuentes de alimentación con y sin aislamiento. Debido a su bajo costo, es necesario optar por fuentes de alimentación con o sin aislamiento para LED.
5. Resumen
Este artículo presenta las diferencias entre la alimentación con y sin aislamiento, así como sus respectivas ventajas y desventajas, las oportunidades de adaptación y la selección de la alimentación con aislamiento. Espero que los ingenieros puedan utilizarlo como referencia en el diseño de productos y, en caso de fallo, identificar rápidamente el problema.
Hora de publicación: 08-jul-2023
