?嵌入式硬件設(shè)計(jì)02-電源是否需要隔離？

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，倘若沒有考慮應(yīng)用環(huán)境對(duì)電源隔離的要求。產(chǎn)品到了應(yīng)用時(shí)就會(huì)出現(xiàn)因設(shè)計(jì)方案的不當(dāng)導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)高壓損壞后級(jí)負(fù)載的情況，以及出現(xiàn)危害人身財(cái)產(chǎn)安全的情況。因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否需要隔離至關(guān)重要。

“南航一名23歲空姐在iPhone5充電時(shí)打電話被電死”，新聞在網(wǎng)上引起廣泛關(guān)注。充電器也能能危害生命？專家分析手機(jī)充電器內(nèi)部變壓器漏電，220VAC的交流電漏電到直流端，并通過數(shù)據(jù)線傳導(dǎo)到了手機(jī)金屬殼上，最終導(dǎo)致觸電身亡，發(fā)生無可挽回的悲劇。

那么手機(jī)充電器輸出端為什么會(huì)帶有220V的交流電呢？隔離電源的選型要注意哪些事項(xiàng)？如何區(qū)分電源是隔離與非隔離？業(yè)內(nèi)通用的看法是：

隔離電源：電源的輸入回路和輸出回路之間沒有直接的電氣連接，輸入和輸出之間是絕緣的高阻態(tài)，沒有電流回路，如圖1所示；

圖1  采用變壓器的隔離電源

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。以隔離的反激電路和非隔離的BUCK電路為例，如圖2所示。

圖2  非隔離電源

一、隔離電源與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)：

結(jié)合常用的隔離與非隔離電源，我們從直觀上就可得出它們的一些優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)幾乎是相反的。

表1  隔離電源和非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)

二、隔離電源與非隔離電源的選擇：

通過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(duì)于一些常用的嵌入式供電設(shè)計(jì)，我們可總結(jié)出其選擇的場合。

1、隔離電源 ：

系統(tǒng)前級(jí)的電源，為提高抗干擾性能，保證可靠性，一般用隔離電源；

對(duì)安全有要求的場合，如需接市電的AC-DC，或醫(yī)療用的電源和白色家電，為保證人身的安全，必須用隔離電源，如MPS的MP020，為原邊反饋隔離型AC-DC，適合于1~10W應(yīng)用 ；

對(duì)于遠(yuǎn)程工業(yè)通信的供電，為有效降低地電勢差和導(dǎo)線耦合干擾的影響，一般用隔離電源為每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)單獨(dú)供電；

2、非隔離電源：

電路板內(nèi)的IC或部分電路供電，從性價(jià)比和體積出發(fā)，優(yōu)先選用非隔離的方案；如MPS的MP150/157/MP174系列buck型非隔離AC-DC，適合于1~5W應(yīng)用

對(duì)于工作電壓低于36V，采用電池供電，對(duì)續(xù)航力要求嚴(yán)苛的場合，優(yōu)先采用非隔離供電，如MPS的MP2451/MPQ2451。

三、隔離電源模塊選型的注意事項(xiàng)：

要注意是AC-DC還是DC-DC。廣州致遠(yuǎn)電子專注直流DC-DC隔離電源模塊的開發(fā)，擁有多達(dá)上百種型號(hào)。

隔離電源模塊的隔離耐壓。例如隔離1000V DC 是否滿足絕緣要求，廣州致遠(yuǎn)電子的直流隔離模塊從1000V DC 到6000V DC多個(gè)品種可供選擇。

隔離電源模塊是否有進(jìn)行全面的可靠性測試。廣州致遠(yuǎn)電子生產(chǎn)的電源模塊經(jīng)過了性能測試、容差測試、瞬態(tài)條件測試、可靠性測試、EMC電磁兼容測試、高低溫測試、極限測試、壽命測試、安規(guī)測試等

隔離電源模塊的生產(chǎn)工廠產(chǎn)線是否規(guī)范。廣州致遠(yuǎn)電子的電源模塊生產(chǎn)線通過了ISO9001, ISO14001，OHSAS18001等多項(xiàng)國際認(rèn)證，如下圖3所示。

圖3  致遠(yuǎn)電子ISO認(rèn)證

隔離電源模塊是否有應(yīng)用在工業(yè)、汽車等惡劣環(huán)境。ZLG致遠(yuǎn)電子的電源模塊不僅僅大量應(yīng)用與惡劣的工業(yè)環(huán)境，同時(shí)在新能源汽車的BMS管理系統(tǒng)中也游刃有余。

以上介紹了隔離電源和非隔離電源的區(qū)別，以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)、適應(yīng)場合，以及隔離電源的選型注意事項(xiàng)，希望工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)能以此為參考，正確應(yīng)用電源在產(chǎn)品的研發(fā)中，以及在產(chǎn)品出現(xiàn)故障后，快速定位問題所在。

而在隔離DC-DC電源方面，ZLG致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累，目前產(chǎn)品具有寬輸入電壓范圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個(gè)系列，封裝形式多樣，兼容國際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時(shí)致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測試實(shí)驗(yàn)室，配備最先進(jìn)、齊全的測試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。