"Un'assistente di volo di 23 anni della China Southern Airlines è rimasta folgorata mentre parlava al suo iPhone5 in carica", la notizia ha attirato grande attenzione online. I caricabatterie possono mettere a repentaglio la vita delle persone? Gli esperti analizzano le perdite del trasformatore all'interno del caricabatterie del cellulare, le perdite di corrente alternata a 220 V CA verso l'estremità CC e, attraverso la linea dati, verso la scocca metallica del cellulare, che possono portare alla folgorazione, provocando una tragedia irreversibile.
Perché l'uscita del caricabatterie del cellulare è a 220 V CA? A cosa dovremmo prestare attenzione nella scelta di un alimentatore isolato? Come distinguere tra alimentatori isolati e non isolati? L'opinione comune nel settore è:
1. Alimentazione isolata: Non esiste alcuna connessione elettrica diretta tra il circuito di ingresso e il circuito di uscita dell'alimentatore, e l'ingresso e l'uscita sono in uno stato isolato ad alta resistenza senza un circuito di corrente, come mostrato nella Figura 1:
2, alimentazione non isolata:Ad esempio, tra ingresso e uscita è presente un circuito a corrente continua, che è comune. Come esempio, si prendono in considerazione un circuito flyback isolato e un circuito BUCK non isolato, come mostrato in Figura 2. Figura 1: Alimentatore isolato con trasformatore.
1. Vantaggi e svantaggi dell'alimentazione isolata e non isolata
Secondo i concetti sopra esposti, per la topologia di alimentazione comune, l'alimentatore non isolato include principalmente Buck, Boost, buck-boost, ecc. L'alimentatore isolato ha principalmente una varietà di topologie flyback, forward, half-bridge, LLC e altre con trasformatori di isolamento.
In combinazione con alimentatori isolati e non isolati comunemente utilizzati, possiamo intuitivamente comprendere alcuni dei loro vantaggi e svantaggi, i vantaggi e gli svantaggi dei due sono quasi opposti.
Per utilizzare alimentatori isolati o non isolati, è necessario capire come il progetto effettivo necessita di alimentatori, ma prima di ciò è possibile comprendere le principali differenze tra alimentatori isolati e non isolati:
① Il modulo di isolamento ha un'elevata affidabilità, ma un costo elevato e una bassa efficienza.
②La struttura del modulo non isolato è molto semplice, economica, ad alta efficienza e con scarse prestazioni di sicurezza.
Pertanto, nelle seguenti occasioni, si consiglia di utilizzare un alimentatore isolato:
① In caso di possibili scosse elettriche, come ad esempio quando si preleva l'elettricità dalla rete per trasformarla in corrente continua a bassa tensione, è necessario utilizzare un alimentatore CA-CC isolato;
2. Il bus di comunicazione seriale trasmette i dati attraverso reti fisiche come RS-232, RS-485 e la rete locale del controller (CAN). Ciascuno di questi sistemi interconnessi è dotato di un proprio alimentatore e la distanza tra i sistemi è spesso notevole. Pertanto, di solito è necessario isolare l'alimentatore per garantire l'isolamento elettrico al fine di garantire la sicurezza fisica del sistema. Isolando e interrompendo il circuito di messa a terra, il sistema è protetto dall'impatto transitorio dell'alta tensione e la distorsione del segnale viene ridotta.
③ Per le porte I/O esterne, per garantire il funzionamento affidabile del sistema, si consiglia di isolare l'alimentazione delle porte I/O.
La tabella riassuntiva è mostrata nella Tabella 1, e i vantaggi e gli svantaggi dei due sono quasi opposti.
Tabella 1 Vantaggi e svantaggi degli alimentatori isolati e non isolati
2, La scelta tra potenza isolata e potenza non isolata
Grazie alla comprensione dei vantaggi e degli svantaggi degli alimentatori isolati e non isolati, ognuno presenta i propri vantaggi e siamo stati in grado di formulare giudizi accurati su alcune comuni opzioni di alimentatori integrati:
① L'alimentazione del sistema viene generalmente utilizzata per migliorare le prestazioni anti-interferenza e garantire l'affidabilità.
② Alimentazione del circuito integrato o di parte del circuito nella scheda a circuito stampato, partendo da un utilizzo preferenziale di schemi non isolati, economici e di volume.
3. Per motivi di sicurezza, se è necessario collegare la corrente alternata-continua dell'impianto elettrico comunale o l'alimentazione per uso medico, è necessario utilizzare l'alimentatore per garantire la sicurezza della persona. In alcuni casi, è necessario utilizzare l'alimentatore per rafforzare l'isolamento.
④ Per l'alimentazione delle comunicazioni industriali remote, al fine di ridurre efficacemente gli effetti delle differenze geografiche e delle interferenze di accoppiamento dei cavi, in genere si utilizza un'alimentazione separata per alimentare ciascun nodo di comunicazione da solo.
⑤ Per l'uso dell'alimentazione a batteria, viene utilizzato un alimentatore non isolato per garantire una durata rigorosa della batteria.
Comprendendo i vantaggi e gli svantaggi dell'alimentazione con e senza isolamento, possiamo affermare che entrambe presentano i loro vantaggi. Per alcuni progetti di alimentatori embedded comunemente utilizzati, possiamo riassumere le circostanze della loro scelta.
1.Ialimentazione elettrica di isolamento
Per migliorare le prestazioni anti-interferenza e garantire l'affidabilità, in genere si ricorre all'isolamento.
Per esigenze di sicurezza, se è necessario collegarsi alla rete AC-DC dell'Ente elettrico comunale, o all'alimentazione per uso medico e agli elettrodomestici, per garantire la sicurezza della persona, è necessario utilizzare un alimentatore, come l'MPS MP020, per il feedback AC-DC originale, adatto per applicazioni da 1 a 10 W;
Per l'alimentazione delle comunicazioni industriali remote, al fine di ridurre efficacemente gli effetti delle differenze geografiche e delle interferenze di accoppiamento dei cavi, in genere si utilizza un'alimentazione separata per alimentare ciascun nodo di comunicazione singolarmente.
2. Alimentazione non isolata
Il circuito integrato o un circuito nella scheda di circuito è alimentato dal rapporto prezzo/volume, ed è preferita la soluzione non isolata; come la serie MPS MP150/157/MP174 buck non isolata AC-DC, adatta per 1 ~ 5 W;
Nel caso di tensione di lavoro inferiore a 36 V, la batteria viene utilizzata per fornire energia e sono previsti rigorosi requisiti di resistenza; è preferibile un alimentatore non isolato, come MP2451/MPQ2451 di MPS.
Vantaggi e svantaggi dell'alimentazione con isolamento e dell'alimentazione senza isolamento
Comprendendo i vantaggi e gli svantaggi degli alimentatori isolati e non isolati, si può affermare che entrambi presentano vantaggi specifici. Per alcune delle scelte di alimentatori embedded più comuni, possiamo seguire le seguenti condizioni di valutazione:
Per esigenze di sicurezza, se è necessario collegarsi alla rete CA-CC dell'energia elettrica comunale o all'alimentazione per uso medico, per garantire la sicurezza della persona, è necessario utilizzare l'alimentatore e, in alcune occasioni, è necessario migliorare l'isolamento dell'alimentazione.
In genere, i requisiti per la tensione di isolamento dell'alimentazione del modulo non sono molto elevati, ma una tensione di isolamento più elevata può garantire che l'alimentatore del modulo abbia una corrente di dispersione inferiore, maggiore sicurezza e affidabilità e migliori caratteristiche EMC. Pertanto, il livello di tensione di isolamento generale è superiore a 1500 V CC.
3, precauzioni per la selezione del modulo di alimentazione di isolamento
La resistenza di isolamento dell'alimentatore è anche chiamata resistenza anti-elettricità nello standard nazionale GB-4943. Questo standard GB-4943 riguarda gli standard di sicurezza delle apparecchiature informatiche, di cui spesso parliamo, per impedire alle persone di essere esposte a rischi fisici ed elettrici, tra cui la prevenzione dei danni alle persone causati da scosse elettriche, danni fisici ed esplosioni. Come mostrato di seguito, il diagramma strutturale dell'alimentatore di isolamento.
Diagramma della struttura di potenza di isolamento
Come importante indicatore della potenza del modulo, la norma stabilisce anche lo standard di isolamento e il metodo di prova di resistenza alla pressione. Generalmente, durante i test semplici viene utilizzato il test di collegamento a potenziale equivalente. Lo schema di collegamento è il seguente:
Diagramma significativo della resistenza di isolamento
Metodi di prova:
Impostare la tensione della resistenza di tensione sul valore di resistenza di tensione specificato, la corrente viene impostata come valore di dispersione specificato e il tempo viene impostato sul valore di tempo di prova specificato;
I misuratori di pressione di esercizio avviano il test e iniziano a premere. Durante il tempo di prova prescritto, il modulo non deve presentare irregolarità e non deve presentare archi volanti.
Si noti che il modulo di potenza per la saldatura deve essere selezionato al momento del test per evitare saldature ripetute e danni al modulo di potenza.
Inoltre, fate attenzione:
1. Prestare attenzione se si tratta di AC-DC o DC-DC.
2. L'isolamento del modulo di alimentazione di isolamento. Ad esempio, se la tensione CC da 1000 V soddisfa i requisiti di isolamento.
3. Se il modulo di alimentazione di isolamento è stato sottoposto a test di affidabilità completi. Il modulo di alimentazione deve essere sottoposto a test di prestazione, test di tolleranza, test di condizioni transitorie, test di affidabilità, test di compatibilità elettromagnetica EMC, test di alta e bassa temperatura, test estremi, test di durata, test di sicurezza, ecc.
4. Se la linea di produzione del modulo di potenza isolato è standardizzata. La linea di produzione del modulo di potenza deve superare una serie di certificazioni internazionali come ISO9001, ISO14001, OHSAS18001, ecc., come mostrato nella Figura 3 sottostante.
Figura 3 Certificazione ISO
5. Se il modulo di alimentazione di isolamento viene utilizzato in ambienti difficili come l'industria e il settore automobilistico. Il modulo di alimentazione non è utilizzato solo in ambienti industriali difficili, ma anche nel sistema di gestione BMS dei veicoli a nuova energia.
4,Tla percezione del potere di isolamento e del potere di non isolamento
Innanzitutto, viene spiegato un equivoco: molte persone pensano che l'alimentazione non isolata non sia buona quanto quella isolata, perché l'alimentazione isolata è costosa, quindi deve essere costosa.
Perché oggi tutti pensano che sia meglio usare l'alimentazione con isolamento piuttosto che quella senza isolamento? In realtà, questa idea è rimasta invariata rispetto a qualche anno fa. Poiché la stabilità della tecnologia senza isolamento negli anni precedenti non garantiva né isolamento né stabilità, con l'aggiornamento della tecnologia di ricerca e sviluppo, la tecnologia senza isolamento è ora molto matura e sta diventando più stabile. Parlando di sicurezza, infatti, anche l'alimentazione senza isolamento è molto sicura. Purché la struttura venga leggermente modificata, è comunque sicura per il corpo umano. Per lo stesso motivo, l'alimentazione senza isolamento può anche soddisfare molti standard di sicurezza, come: Ultuvsaace.
In effetti, la causa principale del danno all'alimentatore non isolato è la sovratensione a entrambe le estremità della linea di alimentazione CA. Si può anche dire che l'onda di un fulmine è una sovratensione. Questa tensione è un'alta tensione istantanea a entrambe le estremità della linea di alimentazione CA, a volte fino a tremila volt. Ma il tempo è molto breve e l'energia è estremamente forte. Accadrà durante un tuono, o sulla stessa linea CA, quando un carico pesante viene scollegato, perché si verificherà anche l'inerzia della corrente. Il circuito BUCK di isolamento trasmetterà istantaneamente all'uscita, danneggiando l'anello di rilevamento della corrente costante o danneggiando ulteriormente il chip, causando il passaggio di 300 V e la bruciatura dell'intera lampada. Per l'alimentatore anti-aggressivo di isolamento, il MOS verrà danneggiato. Il fenomeno è dovuto alla bruciatura di accumulatori, chip e tubi MOS. Ora, l'alimentatore a LED si deteriora durante l'uso e oltre l'80% di questi due fenomeni sono simili. Inoltre, i piccoli alimentatori switching, anche se si tratta di un adattatore di corrente, sono spesso danneggiati da questo fenomeno, causato dalle onde di tensione, e negli alimentatori a LED questo fenomeno è ancora più comune. Questo perché le caratteristiche di carico dei LED sono particolarmente sensibili alle onde di tensione.
Secondo la teoria generale, minore è il numero di componenti presenti nel circuito elettronico, maggiore è l'affidabilità, e minore è l'affidabilità del circuito stampato. Infatti, i circuiti non isolati sono meno affidabili dei circuiti isolati. Perché l'affidabilità del circuito isolato è elevata? In realtà, non è questione di affidabilità, ma di un circuito non isolato troppo sensibile alle sovratensioni, con scarsa capacità inibitoria e di isolamento, perché l'energia entra prima nel trasformatore e poi la trasporta al carico LED dal trasformatore. Il circuito buck fa parte dell'alimentazione in ingresso direttamente al carico LED. Pertanto, il primo ha un'elevata probabilità di danni alle sovratensioni in termini di soppressione e attenuazione, quindi è basso. In effetti, il problema del non isolamento è dovuto principalmente al problema delle sovratensioni. Attualmente, questo problema è dovuto al fatto che solo le lampade a LED possono essere viste dalla probabilità che possano essere viste dalla probabilità. Pertanto, molte persone non hanno proposto un buon metodo di prevenzione. Molte persone non sanno cosa sia la tensione d'onda, molte persone. Le lampade a LED sono rotte e la causa non può essere trovata. Alla fine, c'è solo una frase. Che cosa rende instabile questa alimentazione, e questo verrà risolto. Dove sia l'instabilità specifica, non lo sa.
L'alimentazione elettrica non isolata è efficiente e il secondo è che il costo è più vantaggioso.
L'alimentazione non isolata è adatta a diverse situazioni: innanzitutto, si tratta di lampade da interno. Questo ambiente elettrico interno è migliore e l'influenza delle onde è ridotta. In secondo luogo, l'occasione d'uso è una bassa tensione e una bassa corrente. L'alimentazione non isolata non è significativa per correnti a bassa tensione, poiché l'efficienza di bassa tensione e correnti elevate non è superiore a quella dell'isolamento e il costo è inferiore. In terzo luogo, l'alimentazione non isolata viene utilizzata in un ambiente relativamente stabile. Naturalmente, se esiste un modo per risolvere il problema della soppressione delle sovratensioni, il campo di applicazione dell'alimentazione non isolata si amplierà notevolmente!
A causa del problema delle onde, il tasso di danni non deve essere sottovalutato. In generale, il tipo di riparazione, l'assicurazione contro i danni, il chip e il MOS dovrebbero essere considerati in primo luogo per il problema delle onde. Per ridurre il tasso di danni, è necessario considerare i fattori di sovratensione in fase di progettazione, o interrompere l'uso degli utenti e cercare di evitare sovratensioni. (Ad esempio, le lampade da interno, spegnetele momentaneamente quando siete in funzione)
In sintesi, l'uso di alimentatori isolati e non isolati è spesso dovuto al problema delle onde di picco, e il problema delle onde e dell'ambiente elettrico è strettamente correlato. Pertanto, spesso l'uso di alimentatori isolati e non isolati non può essere ridotto singolarmente. I costi sono molto vantaggiosi, quindi è necessario scegliere tra alimentatori non isolati o isolati per il pilotaggio dei LED.
5. Riepilogo
Questo articolo illustra le differenze tra alimentazione con isolamento e non isolamento, nonché i rispettivi vantaggi e svantaggi, le opportunità di adattamento e la scelta dell'alimentazione con isolamento. Spero che gli ingegneri possano utilizzare questo articolo come riferimento nella progettazione del prodotto. E, in caso di guasto, individuare rapidamente il problema.
Data di pubblicazione: 08-07-2023
