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隔離or非隔離:教你如何選擇電源方案

發(fā)布時間:2015-07-03 責任編輯:susan

【導讀】工程師們應該都知道,在設計嵌入式系統(tǒng)電源電路或選用成品電源模塊時,需要慎重考慮是用隔離還是非隔離的電源方案。在進行討論之前,我們先了解下隔離與非隔離的概念,及兩者的主要特點。
 
一、電源隔離與非隔離的概念
 
電源的隔離與非隔離,主要是針對開關電源而言,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;
 
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。
 
以BuckBoost及其隔離的版本反激電路為例,示意圖如圖1和圖2所示。
 
圖1非隔離電源
 
圖2采用變壓器的隔離電源
 
 
二、隔離電源與非隔離電源的優(yōu)缺點
 
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,我們從直觀上就可得出它們的一些優(yōu)缺點,如表1和表2所示,兩者的優(yōu)缺點幾乎是相反的。
 
表 1非隔離電源的優(yōu)缺點
 
 
表2隔離電源的優(yōu)缺點
 
對于上述的優(yōu)缺點,大部分我們都很好理解,由于電源發(fā)生異常后,電源隔離與否對負載的危害大小,我們以Buck和它對應的隔離電路即正激電路來簡單分析,如下列圖示。
 
圖3 Buck電路
 
圖4 Buck開關管擊穿后的電能量走向
 
圖5正激電路
 
圖6正激電路的開關管擊穿后示意
 
由圖3和圖4可知,對于Buck電路而言,若開關管擊穿短路,由于沒隔離,輸入端較高的電壓,直接通過電感作用在負載端,負載很可能因為過壓燒毀。
 
由圖5和圖6可知,對于正激電路而言,同樣開關管擊穿短路,對負載而言,只是失去了供電的電源而斷電,不會對負載本身造成其它影響。
 
三、隔離與非隔離電源的應用場合
 
通過了解隔離與非隔離電源的優(yōu)缺點可知,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(tǒng)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,從性價比和體積出發(fā),優(yōu)先選用非隔離的方案;
 
3、 對安全有要求的場合,如需接市電的AC-DC,或醫(yī)療用的電源,為保證人身的安全,必須用隔離電源,有些場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耦合干擾的影響,一般用隔離電源為每個通信節(jié)點單獨供電;
 
5、 對于采用電池供電,對續(xù)航力要求嚴苛的場合,采用非隔離供電。
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