開關(guān)電源按是否隔離分類

在給嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源電路，或選用成品電源模塊時(shí)，要考慮的重要問題之一就是用隔離電源還是非隔離電源方案。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)。

1） 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(duì)開關(guān)電源而言，業(yè)內(nèi)比較通用的看法是：

隔離電源是指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。非隔離電源是指輸入回路和輸出回路之間有直接的電流回路，例如，輸入和輸出之間是共地的。

2）隔離電源與非隔離電源的優(yōu)缺點(diǎn)

由上述概念可知，對(duì)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。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)，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)幾乎是相反的。使用隔離或非隔離的電源，需了解實(shí)際項(xiàng)目對(duì)電源的需求是怎樣的，但在此之前，可了解下隔離和非隔離電源的主要優(yōu)缺點(diǎn)：

① 隔離模塊的電磁抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，但成本高，效率差。

② 非隔離模塊的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，成本低，效率高，安全性能差。

3）隔離與非隔離電源的應(yīng)用場(chǎng)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(shì)，對(duì)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(jí)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(jià)比和體積出發(fā)，優(yōu)先選用非隔離的方案。

③ 對(duì)安全有要求的場(chǎng)合, 涉及可能觸電的場(chǎng)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(chǎng)合還必須用加強(qiáng)隔離的電源。

④ 對(duì)于遠(yuǎn)程工業(yè)通信的供電，為有效降低地電勢(shì)差和導(dǎo)線耦合干擾的影響，一般用隔離電源為每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)單獨(dú)供電。串行通信總線通過RS-232、RS-485和控制器局域網(wǎng)(CAN)等物理網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，這些相互連接的系統(tǒng)每個(gè)都配備有自己的電源，而且各系統(tǒng)之間往往間隔較遠(yuǎn)，因此，我們通常需要隔離電源進(jìn)行電氣隔離來確保系統(tǒng)的物理安全，且通過隔離切斷接地回路，來保護(hù)系統(tǒng)免受瞬態(tài)高電壓沖擊，同時(shí)減少信號(hào)失真；對(duì)外的I/O端口，為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，也建議對(duì)I/O端口做電源隔離。

4） 抗電強(qiáng)度

電源的隔離耐壓在GB-4943國(guó)標(biāo)中又叫抗電強(qiáng)度，這個(gè)GB-4943標(biāo)準(zhǔn)就是我們常說的信息類設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)，就是為了防止人員受到物理和電氣傷害的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中包括避免人受到電擊傷害、物理傷害、爆炸等傷害。

開源電源的隔離變壓器

變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。

隔離變壓器是用來把電力從交流電源轉(zhuǎn)移到一個(gè)特定的設(shè)備。在這里，電源設(shè)備與電源分離，同時(shí)考慮到安全措施。此外，它還可以阻隔電容，使一次繞組和二次繞組聯(lián)動(dòng)。變壓器通過感應(yīng)從一個(gè)繞組到另一個(gè)繞組的電能，基本上增加了從一個(gè)繞組到另一個(gè)繞組的能量電壓水平。隔離變壓器促進(jìn)電流隔離，防止電擊、電路之間的電力傳輸以及敏感和可接受的裝置產(chǎn)生電噪聲。隔離變壓器被設(shè)計(jì)用來抵抗來自接地回路的干擾，并減少減少減少電容耦合的繞組。變壓器在線圈繞組上使用未連接的線軸。繞組互相打傷，使絕緣層保持在中間。在所有情況下，它們都受到靜電屏蔽的保護(hù)，靜電屏蔽位于繞組之間，用于為敏感設(shè)備（如實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備）供電。

1、通過變壓器的匝數(shù)比，實(shí)現(xiàn)電壓的改變。電壓的改變和電流的改變遵循匝比方程，如式：

2、它用來代替各種電路中的隔離。它們用于不同的行業(yè)，以滿足不同的功能，而不降低或增加電流。它有助于以1:1的比例分離一次繞組和二次繞組。

3、它減輕了觸電的危險(xiǎn)。電力變壓器是定制的，以提供人與資源的分離，確保安全。它把船和電源連接起來。在這種情況下，電源線不與電動(dòng)翼連接。

4、它能減少噪音和其他聲音。它可以防止由于將音頻放大器信號(hào)與揚(yáng)聲器輸出直接連接并將音頻放大器與放大器模塊分離而產(chǎn)生的任何噪聲。

5、它促進(jìn)了直流電源的隔離。這些通常用于定期放大數(shù)字信息的電話線。變壓器將直流電與控制放大器的信號(hào)分開。

審核編輯：湯梓紅