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电源方案选择:隔离还是非隔离

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发表于 2018-7-19 23:31:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 fannifu 于 2018-7-19 23:34 编辑 - ~% g( q4 u9 h6 v, p  @& s
电源隔离与非隔离的概念- _( t% y$ G6 H2 D: O( X
! f0 b5 F9 y' l* V8 f  r
电源的隔离与非隔离,主要是针对开关电源而言,业内比较通用的看法是:
% U7 Z6 D7 L9 D7 i) @# ^( x
  t) ~7 d+ N. X: L1、隔离电源:电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接,输入和输出之间是绝缘的高阻态,没有电流回路;, b% t- a* S. }# @/ v, ~
9 C% L- X! d% Z1 D2 e
2、非隔离电源:输入和输出之间有直接的电流回路,例如,输入和输出之间是共地的。
6 o6 N/ h) y( c1 C, X7 `4 N9 }/ ^( Y0 t. Q
以BuckBoost及其隔离的版本反激电路为例:
, ?4 O  s; t& S0 E1 S2 x  w9 j3 S& @  W3 g9 v
非隔离电源
6 ^9 l& ~6 o! G, s BuckBoost.jpg / t6 z' H  h9 |/ L
' A' b' }9 w4 Z
7 u' I% M& ?; F' D
- i2 I; o$ t0 Q7 Z5 V% U/ m' o: s
& a* ~# ?& y( _$ n
采用变压器的隔离电源1 r: C1 i9 t& |9 x

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" Y% z9 }( }: }# [0 I5 E
* P6 p$ q! B2 @& }9 \9 v7 T2 R) ^7 g; k& Y5 A, \1 r* [, E
隔离电源与非隔离电源的优缺点
0 L3 Z% ?6 g8 m7 s& K
$ v$ m: F7 m; o$ _9 B1 H; l由上述概念可知,对于常用的电源拓扑而言,非隔离电源主要有:Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔离电源主要有各种带隔离变压器的反激、正激、半桥、LLC等拓扑。
- R6 k1 B8 \. }2 W. J6 x
) H3 _1 T+ N, \# {结合常用的隔离与非隔离电源,我们从直观上就可得出它们的一些优缺点,如表 1和表 2所示,两者的优缺点几乎是相反的。. E- T% _$ u/ ~- `5 a, k0 f* {
表1 非隔离电源优缺点
1 T' _3 {& }8 K
优点 缺点
转换效率高 抗干扰能力差
体积小 不好实现输入,输出极性相同的升降压转换
成本低 难以实现多路输出
设计简单 安全性低
电源异常后,对负载的损害大
难实现宽电压输入范围

1 K: N4 n# f$ ]8 K# l5 p表2 隔离电源优缺点
1 x- U. X2 `( L+ u" n
优点
+ h0 I) t( |" \0 u7 l
缺点
扰干扰能力强 转换效率较低
易实现输入、输出极性相同的长降压转换 体积较大
易实现多路输出 成本较高
安全性高 设计复杂度较大
电源异常后,对负载的损害小
易实现宽电压范围输入

4 L5 a8 F5 g; S* u3 b. I( |2 J7 _- I
对于上述的优缺点,大部分我们都很好理解,由于电源发生异常后,电源隔离与否对负载的危害大小,我们以Buck和它对应的隔离电路即正激电路来简单分析,如下列图示5 J, K, [  J) B6 y+ D3 N. t
微信图片_20180719225559.jpg - m* C" L7 M, }* r! K
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/ A( L8 K$ [8 i8 K; p' m/ {+ W. B# l5 j4 d/ j  Q

) ]* d7 m/ r/ P2 \4 {/ E对于Buck电路而言,若开关管击穿短路,由于没隔离,输入端较高的电压,直接通过电感作用在负载端,负载很可能因为过压烧毁。
2 k) a0 _; e/ K 微信图片_20180719225546.jpg 9 u4 ~( Q3 B- S. L* m) `* z
微信图片_20180719225551.jpg ; j- @4 B: g$ N" o, {) Q

( N2 L; C) g6 Z- @7 {' ~3 A/ `" X5 S6 }7 O

3 p" A6 u0 U' g" @) e: d2 H7 \9 B隔离与非隔离电源的应用场合0 n8 Y* u* N4 x, Q% h& N: }7 S

) B1 ~" h7 U) h4 B" q: f通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知,它们各有优势,对于一些常用的嵌入式供电选择,我们已可做成准确的判断:
" m, ]* s9 V1 ?8 Y+ U2 Q- r- Y1 j
* }( h. c# w# I9 r0 C) M5 H1、系统前级的电源,为提高抗干扰性能,保证可靠性,一般用隔离电源;6 l7 {! |5 e! g3 c
7 G4 l( L" L1 E4 A' a/ @* Z
2、电路板内的IC或部分电路供电,从性价比和体积出发,优先选用非隔离的方案;
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3、对安全有要求的场合,如需接市电的AC-DC,或医疗用的电源,为保证人身的安全,必须用隔离电源,有些场合还必须用加强隔离的电源;! \7 X1 W7 C" m5 x6 @: a7 r
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4、对于远程工业通信的供电,为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响,一般用隔离电源为每个通信节点单独供电;
2 O5 K- X% ~$ B: r+ u( D7 {" a" z5 m' w) B  A) R
5、对于采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,采用非隔离供电。
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