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(méi)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(zhuān)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(guò)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(wú)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(méi)有直接的電氣連接，輸入和輸出之間是絕緣的高阻態(tài)，沒(méi)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(guò)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(shì)，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(chǎng)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(chǎng)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(shì)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(chǎng)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(zhuān)注直流DC-DC隔離電源模塊的開(kāi)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(cè)試。廣州致遠(yuǎn)電子生產(chǎn)的電源模塊經(jīng)過(guò)了性能測(cè)試、容差測(cè)試、瞬態(tài)條件測(cè)試、可靠性測(cè)試、EMC電磁兼容測(cè)試、高低溫測(cè)試、極限測(cè)試、壽命測(cè)試、安規(guī)測(cè)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(guò)了ISO9001, ISO14001，OHSAS18001等多項(xiàng)國(guó)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(chē)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(chē)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(chǎng)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(wèn)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(guó)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(cè)試實(shí)驗(yàn)室，配備最先進(jìn)、齊全的測(cè)試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過(guò)完整的EMC測(cè)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(chǎng)，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。