【導(dǎo)讀】工程師們應(yīng)該都知道,在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)電源電路或選用成品電源模塊時,需要慎重考慮是用隔離還是非隔離的電源方案。在進(jìn)行討論之前,我們先了解下隔離與非隔離的概念,及兩者的主要特點(diǎn)。
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(guān)電源而言,業(yè)內(nèi)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(tài),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(yōu)缺點(diǎn)
由上述概念可知,對于常用的電源拓?fù)涠?,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?fù)洹?/div>
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和表2所示,兩者的優(yōu)缺點(diǎn)幾乎是相反的。
表 1非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)
表2隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)
對于上述的優(yōu)缺點(diǎn),大部分我們都很好理解,由于電源發(fā)生異常后,電源隔離與否對負(fù)載的危害大小,我們以Buck和它對應(yīng)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(guān)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(guān)管擊穿后示意
由圖3和圖4可知,對于Buck電路而言,若開關(guān)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(fù)載端,負(fù)載很可能因?yàn)檫^壓燒毀。
由圖5和圖6可知,對于正激電路而言,同樣開關(guān)管擊穿短路,對負(fù)載而言,只是失去了供電的電源而斷電,不會對負(fù)載本身造成其它影響。
三、隔離與非隔離電源的應(yīng)用場合
通過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,對于一些常用的嵌入式供電選擇,我們已可做成準(zhǔn)確的判斷:
1、 系統(tǒng)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(nèi)的IC或部分電路供電,從性價比和體積出發(fā),優(yōu)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(yī)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(qiáng)隔離的電源;
4、 對于遠(yuǎn)程工業(yè)通信的供電,為有效降低地電勢差和導(dǎo)線耦合干擾的影響,一般用隔離電源為每個通信節(jié)點(diǎn)單獨(dú)供電;
5、 對于采用電池供電,對續(xù)航力要求嚴(yán)苛的場合,采用非隔離供電。