電源方案選擇:隔離還是非隔離好?

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,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。當然隔離電源也可以把內部的地連起來,當非隔離來應用。

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缺點,如表 1和表2所示,兩者的優缺點幾乎是相反的。

表 1非隔離電源的優缺點


表2隔離電源的優缺點


對于上述的優缺點,大部分我們都很好理解。對于電源發生異常后,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,負載會因為過壓燒毀。

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缺點可知,它們各有優勢,對于一些常用的嵌入式供電選擇,我們已可做出準確的判斷:

1、 系統前級的電源,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,優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點單獨供電;

5、 對于采用電池供電,對續航力要求嚴苛的場合,采用非隔離供電。

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