電源為什麼需要隔離？

在產品設計時，倘若沒有考慮應用環境對電源隔離的要求，產品到了應用時就會出現因設計方案的不當導致的系統不穩定，甚至出現高壓損壞後級負載的情況，以及出現危害人身財產安全的情況。因此產品設計是否需要隔離至關重要。
 
“南航一名23歲空姐在iPhone5充電時打電話被電死”，新聞在網上引起廣泛關注。充電器也能能危害生命？專家分析手機充電器內部變壓器漏電，220VAC的交流電漏電到直流端，並通過資料線傳導到了手機金屬殼上，最終導致觸電身亡，發生無可挽回的悲劇。
 
那麼手機充電器輸出端為什麼會帶有220V的交流電呢？隔離電源的選型要注意哪些事項？如何區分電源是隔離與非隔離？業內通用的看法是： 

 
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，如圖1所示：
 


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。以隔離的反激電路和非隔離的BUCK電路為例，如圖2所示。 
 


一、隔離電源與非隔離電源的優缺點
 
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所示，兩者的優缺點幾乎是相反的。
   

二、隔離電源與非隔離電源的選擇
 
通過瞭解隔離與非隔離電源的優缺點可知，它們各有優勢，對於一些常用的嵌入式供電設計，我們可總結出其選擇的場合。
 

1、隔離電源 
 

• 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；
• 對安全有要求的場合，如需接市電的AC-DC，或醫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，為原邊回饋隔離型AC-DC，適合於1~10W應用 ；
• 對於遠端工業通信的供電，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。

 
2、非隔離電源

• 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；如MPS的MP150/157/MP174系列buck型非隔離AC-DC，適合於1~5W應用；
• 對於工作電壓低於36V，採用電池供電，對續航力要求嚴苛的場合，優先採用非隔離供電，如MPS的MP2451/MPQ2451。

 


三、隔離電源模組選型的注意事項
 
1、要注意是AC-DC還是DC-DC。ZLG致遠電子專注直流DC-DC隔離電源模組的開發，擁有多達上百種型號。
 
2、隔離電源模組的隔離耐壓。例如隔離1000V DC 是否滿足絕緣要求，ZLG致遠電子的直流隔離模組從1000V DC 到6000V DC多個品種可供選擇。
 
3、隔離電源模組是否有進行全面的可靠性測試。ZLG致遠電子生產的電源模組經過了性能測試、容差測試、瞬態條件測試、可靠性測試、EMC電磁相容測試、高低溫測試、極限測試、壽命測試、安規測試等。
 
4、隔離電源模組的生產工廠產線是否規範。ZLG致遠電子的電源模組生產線通過了ISO9001, ISO14001，OHSAS18001等多項國際認證，如下圖3所示。
 

5、隔離電源模組是否有應用在工業、汽車等惡劣環境。ZLG致遠電子的電源模組不僅僅大量應用與惡劣的工業環境，同時在新能源汽車的BMS管理系統中也遊刃有餘。
 


四、總結
 
本文介紹了隔離電源和非隔離電源的區別，以及各自的優缺點、適應場合，以及隔離電源的選型注意事項，希望工程師在產品設計時能以此為參考，正確應用電源在產品的研發中，以及在產品出現故障後，快速定位問題所在。
 
而在隔離DC-DC電源方面，ZLG致遠電子自主研發、生產的隔離電源模組已有近20年的行業積累，目前產品具有寬輸入電壓範圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個系列，封裝形式多樣，相容國際標準的SIP、DIP等封裝。同時ZLG致遠電子為保證電源產品性能建設了行業內一流的測試實驗室，配備最先進、齊全的測試設備，全系列隔離DC-DC電源通過完整的EMC測試，靜電抗擾度高達4KV、浪湧抗擾度高達2KV，可應用於絕大部分複雜惡劣的工業現場，為用戶提供穩定、可靠的電源隔離解決方案。