„23-aastane China Southern Airlinesi stjuardess sai laadimise ajal oma iPhone 5-ga rääkides elektrilöögi“ – uudis on internetis laialdast tähelepanu pälvinud. Kas laadijad võivad elusid ohustada? Eksperdid analüüsivad mobiiltelefoni laadija sees olevat trafo leket, 220 V vahelduvvoolu leket alalisvoolu otsa ja andmesideliini kaudu mobiiltelefoni metallkorpusesse ning võivad lõpuks viia elektrilöögini, mis on pöördumatu tragöödia.
Miks on mobiiltelefoni laadija väljundpinge 220 V vahelduvvool? Millele peaksime isoleeritud toiteallika valimisel tähelepanu pöörama? Kuidas eristada isoleeritud ja isoleerimata toiteallikaid? Valdkonnas on levinud arvamus:
1. Isoleeritud toiteallikasToiteallika sisend- ja väljundkontuuri vahel puudub otsene elektriline ühendus ning sisend ja väljund on isoleeritud ja suure takistusega olekus ilma voolukontuurita, nagu on näidatud joonisel 1:
2, isoleerimata toiteallikas:Näiteks sisendi ja väljundi vahel on alalisvooluahel, sisend ja väljund on tavalised. Näidetena on toodud isoleeritud tagasivooluahel ja isoleerimata BUCK-ahel, nagu on näidatud joonisel 2. Joonis 1. Isoleeritud toiteallikas trafoga
1. Isoleeritud ja isoleerimata toiteallika eelised ja puudused
Ülaltoodud kontseptsioonide kohaselt hõlmab isoleerimata toiteallikas tavalise toiteallika topoloogia puhul peamiselt Bucki, Boosti, Buck-Boosti jne. Isolatsioonitoiteallikal on peamiselt mitmesuguseid flybacki, forwardi, poolsilla, LLC ja muid topoloogiaid koos isolatsioonitrafodega.
Koos tavaliselt kasutatavate isoleeritud ja isoleerimata toiteallikatega saame intuitiivselt aru nende eelistest ja puudustest, nende kahe eelised ja puudused on peaaegu vastupidised.
Isoleeritud või isoleerimata toiteallikate kasutamiseks on vaja mõista, kuidas tegelik projekt toiteallikaid vajab, kuid enne seda saate aru isoleeritud ja isoleerimata toiteallikate peamistest erinevustest:
① Isolatsioonimoodulil on kõrge töökindlus, kuid kõrge hind ja madal efektiivsus.
②Isoleerimata mooduli struktuur on väga lihtne, odav, kõrge efektiivsusega ja halb ohutusnäitajatega.
Seetõttu on järgmistel juhtudel soovitatav kasutada isoleeritud toiteallikat:
① Võimalike elektrilöögijuhtumite korral, näiteks elektri võtmisel võrgust madalpinge alalisvoolu, on vaja kasutada isoleeritud vahelduvvoolu-alalisvoolu toiteallikat;
② Jadapordisiin edastab andmeid füüsiliste võrkude, näiteks RS-232, RS-485 ja kontrolleri kohtvõrgu (CAN) kaudu. Igal neist omavahel ühendatud süsteemidest on oma toiteallikas ja süsteemide vaheline kaugus on sageli suur. Seetõttu peame süsteemi füüsilise turvalisuse tagamiseks tavaliselt toiteallika elektriliseks isoleerimiseks isoleerima. Maandussilmuse isoleerimise ja katkestamisega kaitstakse süsteemi mööduva kõrgepinge mõju eest ja signaali moonutusi vähendatakse.
③ Väliste I/O-portide puhul on süsteemi usaldusväärse töö tagamiseks soovitatav I/O-portide toiteallikas isoleerida.
Kokkuvõtlik tabel on esitatud tabelis 1 ning kahe eelised ja puudused on peaaegu vastupidised.
Tabel 1 Isoleeritud ja isoleerimata toiteallikate eelised ja puudused
2, Isoleeritud ja isoleerimata võimsuse valik
Isoleeritud ja isoleerimata toiteallikate eeliste ja puuduste mõistmise abil on igaühel oma eelised ning oleme suutnud teha täpseid otsuseid mõnede levinud sisseehitatud toiteallikate valikute kohta:
① Süsteemi toiteallikat kasutatakse üldiselt häiretevastase jõudluse parandamiseks ja töökindluse tagamiseks.
② Trükkplaadil oleva IC või vooluringi osa toiteallikas, alustades kuluefektiivsest ja mahukast, eelistades mitteisolatsiooniskeemide kasutamist.
③ Ohutusnõuete täitmiseks tuleb munitsipaalelektri vahelduvvoolu-alalisvoolu või meditsiinilise toiteallika ühendamisel kasutada toiteallikat, et tagada inimeste ohutus. Mõnel juhul tuleb isolatsiooni tugevdamiseks kasutada toiteallikat.
4. Kaugtööstusliku side toiteallika puhul kasutatakse geograafiliste erinevuste ja juhtmete ühendushäirete mõju tõhusaks vähendamiseks üldiselt iga sidesõlme eraldi toiteallikat.
5 Akutoite kasutamisel kasutatakse aku range tööea tagamiseks isoleerimata toiteallikat.
Mõistes isolatsiooni- ja mitteisolatsioonitoite eeliseid ja puudusi, saame aru, et neil on oma eelised. Mõnede levinud sisseehitatud toiteallikate disainide puhul saame kokku võtta nende valiku juhud.
1.ISolatsioonitoiteallikas
Häiretevastase jõudluse parandamiseks ja töökindluse tagamiseks kasutatakse üldiselt isolatsiooni.
Turvalisuse tagamiseks, kui teil on vaja ühendada seade munitsipaalelektrivõrgu vahelduvvoolu-alalisvooluga või meditsiiniliseks otstarbeks mõeldud toiteallikaga ja valgete kodumasinatega, peate isiku ohutuse tagamiseks kasutama originaalse tagasiside vahelduvvoolu-alalisvoolu toiteallikat, näiteks MPS MP020, mis sobib 1–10 W rakenduste jaoks;
Kaugtööstusliku side toiteallika puhul kasutatakse geograafiliste erinevuste ja juhtmete ühendushäirete mõju tõhusaks vähendamiseks üldiselt iga sidesõlme eraldi toiteallikat.
2. Isolatsioonita toiteallikas
Trükkplaadil olev IC või mõni vooluring saab toidet hinna ja mahu suhte järgi ning eelistatud on isoleerimata lahendus; näiteks MPS MP150/157/MP174 seeria Buck-tüüpi isoleerimata AC-DC, mis sobib 1–5 W jaoks;
Tööpinge alla 36 V korral kasutatakse toiteallikana akut, mille vastupidavusele on kehtestatud ranged nõuded ja eelistatud on mitteisolatsiooniga toiteallikas, näiteks MPS-i MP2451/MPQ2451.
Isolatsioonitoite ja isoleerimata toiteallika eelised ja puudused
Isolatsiooni- ja mitteisolatsioonitoiteallikate eeliste ja puuduste mõistmisel selgub, et neil kõigil on omad eelised. Mõnede levinud sisseehitatud toiteallikate valikute puhul saame järgida järgmisi otsustustingimusi:
Ohutusnõuete täitmiseks, kui teil on vaja ühendada munitsipaalelektri vahelduvvoolu-alalisvoolu või meditsiinilise toiteallikaga, peate inimese ohutuse tagamiseks kasutama toiteallikat ja mõnel juhul tuleb isolatsioonitoiteallikat täiustada.
Üldiselt ei ole mooduli toite isolatsioonipinge nõuded väga kõrged, kuid kõrgem isolatsioonipinge tagab mooduli toiteallika väiksema lekkevoolu, suurema turvalisuse ja töökindluse ning paremad elektromagnetilise ühilduvuse omadused. Seetõttu on üldine isolatsioonipinge tase üle 1500 V alalisvoolu.
3, ettevaatusabinõud isolatsioonitoitemooduli valimisel
Toiteallika isolatsioonitakistust nimetatakse riiklikus standardis GB-4943 ka elektritakistuseks. See GB-4943 standard on infotehnoloogia seadmete turvastandard, mida me sageli nimetame inimeste füüsiliste ja elektriliste kahjustuste vältimiseks, sealhulgas inimeste elektriliste kahjustuste vältimiseks, sealhulgas elektrilöögi, füüsilise kahjustuse ja plahvatuse vältimiseks. Nagu allpool näidatud, on isolatsioonitoiteallika struktuuriskeem.
Isolatsioonivõimsuse struktuuri diagramm
Mooduli võimsuse olulise näitajana on standardis sätestatud ka isolatsiooni ja rõhukindluse testimise meetod. Üldiselt kasutatakse lihtsa testimise ajal võrdse potentsiaaliga ühenduse testi. Ühenduse skeem on järgmine:
Isolatsioonitakistuse oluline diagramm
Katsemeetodid:
Seadke pingetakistuse pinge määratud pingetakistuse väärtusele, vool seatakse määratud lekkeväärtuseks ja aeg seatakse määratud katseaja väärtusele;
Töörõhumõõturid alustavad testimist ja pressimist. Ettenähtud testimisaja jooksul peaks moodul olema mustrita ja ilma kaarleegita.
Pange tähele, et keevitusvõimsuse moodul tuleks valida testimise ajal, et vältida korduvat keevitamist ja võimsusmooduli kahjustamist.
Lisaks pöörake tähelepanu:
1. Pöörake tähelepanu, kas tegemist on vahelduvvoolu-alalisvoolu või alalisvoolu-alalisvooluga.
2. Isolatsioonitoitemooduli isolatsioon. Näiteks, kas 1000 V alalisvool vastab isolatsiooninõuetele.
3. Kas isolatsioonitoitemoodulil on põhjalik töökindluse test. Toitemoodulit tuleks testida jõudlustestide, tolerantsustestimise, siirdetingimuste testimise, töökindluse testimise, EMC elektromagnetilise ühilduvuse testi, kõrge ja madala temperatuuri testimise, äärmuslike testide, eluea testimise, turvatestimise jms abil.
4. Kas isoleeritud toitemooduli tootmisliin on standardiseeritud. Toitemooduli tootmisliin peab läbima mitmeid rahvusvahelisi sertifikaate, näiteks ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 jne, nagu on näidatud allpool joonisel 3.
Joonis 3 ISO sertifikaat
5. Kas isolatsioonitoitemoodulit kasutatakse karmides keskkondades, näiteks tööstuses ja autotööstuses. Toitemoodulit ei kasutata mitte ainult karmides tööstuskeskkondades, vaid ka uute energiasõidukite BMS-juhtimissüsteemis.
4,TIsolatsioonijõu ja mitteisolatsioonijõu tajumine
Esiteks selgitatakse ühte arusaamatust: paljud inimesed arvavad, et mitteisolatsioonitoide pole nii hea kui isolatsioonitoide, sest isoleeritud toiteallikas on kallis ja seega peabki see kallis olema.
Miks on tänapäeval kõigi arvates parem kasutada isolatsioonivõimsust kui mitteisolatsiooni? Tegelikult jääb see idee mõne aasta tagusesse ideesse. Sest mitteisolatsiooni stabiilsusel varasematel aastatel polnud tõepoolest isolatsiooni ega stabiilsust, kuid tänu teadus- ja arendustehnoloogia ajakohastamisele on mitteisolatsioon nüüd väga küps ja muutumas stabiilsemaks. Turvalisusest rääkides on ka mitteisolatsioonivõimsus väga ohutu. Niikaua kui struktuuri veidi muudetakse, on see inimkehale endiselt ohutu. Samal põhjusel võib mitteisolatsioonivõimsus läbida ka paljusid turvastandardeid, näiteks: Ultuvsaace.
Tegelikult on isoleerimata toiteallika kahjustuste algpõhjuseks vahelduvvooluliini mõlemas otsas esinev pingetõus. Võib öelda ka, et välgulaine on pingetõus. See pinge on vahelduvvooluliini mõlemas otsas hetkeline kõrgepinge, mis võib mõnikord ulatuda kuni kolme tuhande voldini. Kuid aeg on väga lühike ja energia äärmiselt tugev. See juhtub äikese ajal või samal vahelduvvooluliinil suure koormuse lahtiühendamisel, kuna tekib ka voolu inerts. Isolatsioonivooluahel (BUCK) edastab koheselt väljundisse, kahjustades konstantse voolu tuvastamise rõngast või kiipi, põhjustades 300 V läbivoolu ja kogu lambi läbipõlemist. Isolatsioonivastase toiteallika puhul kahjustub MOS. See nähtus seisneb salvestusruumi, kiibi ja MOS-lambi läbipõlemises. LED-toiteallikas on kasutamise ajal halb ja enam kui 80% neist on sarnased nähtused. Lisaks kahjustab väike lülitustoiteallikas, isegi kui see on toiteadapter, seda nähtust sageli lainepinge tõttu ja LED-toiteallikas on see veelgi levinum. Selle põhjuseks on LED-i koormuskarakteristikud, mis kardavad eriti lainepinget.
Üldise teooria kohaselt on elektroonikaahelas vähem komponente, seda suurem on töökindlus ja mida madalam, seda suurem on komponendi trükkplaadi töökindlus. Tegelikult on isoleerimata vooluringid isoleeritud vooluringidest väiksemad. Miks on isoleeritud vooluringi töökindlus kõrge? Tegelikult ei ole see töökindlus, vaid isoleerimata vooluring on liigpinge suhtes liiga tundlik, sellel on halb pärssimisvõime ja isoleeritud vooluring, kuna energia siseneb esmalt trafosse ja seejärel transporditakse trafost LED-koormusele. Pingepingeahel on osa sisendtoitest, mis ühendab otse LED-koormuse. Seetõttu on esimesel suur tõenäosus kahjustada pingetõusu summutamiseks ja nõrgendamiseks, seega on see väike. Tegelikult on isoleerimata voolu probleem peamiselt tingitud pingetõusust. Praegu on see probleem selles, et ainult LED-lampe on võimalik näha. Seetõttu pole paljud inimesed välja pakkunud head ennetusmeetodit. Veelgi rohkem inimesi ei tea, mis on lainepinge. LED-lambid on katki ja põhjust ei leita. Lõpuks on ainult üks lause. Mis toiteallikas ebastabiilne on ja see lahendatakse. Kus see konkreetne ebastabiilsus on, seda ta ei tea.
Mitteisolatsiooniga toiteallikas on efektiivsus ja teiseks on see, et hind on soodsam.
Mitteisolatsiooniga toiteallikas sobib järgmisteks olukordadeks: esiteks on see siseruumides kasutatavate lampide jaoks. See siseruumide elektrikeskkond on parem ja lainete mõju on väike. Teiseks on kasutusjuhtum väike pinge ja väike vool. Mitteisolatsioonil pole madalpingevoolude puhul mingit tähtsust, kuna madalpinge ja suurte voolude efektiivsus ei ole suurem kui isolatsioonil ning maksumus on väiksem. Kolmandaks kasutatakse mitteisolatsiooniga toiteallikat suhteliselt stabiilses keskkonnas. Muidugi, kui on olemas viis pingetõuke summutamise probleemi lahendamiseks, laieneb mitteisolatsiooniga toiteallika rakendusala oluliselt!
Lainete probleemi tõttu ei tohiks kahjustuste määra alahinnata. Üldiselt tuleks laineprobleemile mõelda remondi tüübi, kindlustuse, kiibi ja MOS-i kahjustuste korral. Kahjude määra vähendamiseks tuleb projekteerimisel arvestada pingetõusuteguritega või vältida kasutajate poolt kasutatavaid pingetõuse. (Näiteks siseruumides kasutatavad lambid tuleks võitluse ajal ajutiselt välja lülitada.)
Kokkuvõttes on isolatsiooni ja mitteisolatsiooni kasutamise põhjuseks sageli laineimpulsi probleem ning lainete ja elektrikeskkonna probleem on tihedalt seotud. Seetõttu ei saa isoleeriva ja mitteisolatsiooniga toiteallika kasutamist sageli eraldi vähendada. Kulud on väga soodsad, seega on vaja valida mitteisolatsiooniga või mitteisolatsiooniga LED-ajami toiteallikas.
5. Kokkuvõte
See artikkel tutvustab isolatsiooni- ja mitteisolatsioonivõimsuse erinevusi, samuti nende vastavaid eeliseid ja puudusi, kohandamise võimalusi ning isolatsioonivõimsuse valikut. Loodan, et insenerid saavad seda toote disainimisel viitena kasutada. Ja pärast toote riket, positsioneerida probleem kiiresti.
Postituse aeg: 08.07.2023
