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隔离电源原理是什么

工程师
2020-12-17 18:39:18     打赏

LED如今在电源市场上占据着一大块的位置,其亮度高、低功耗、寿命长、启动快,功率小、无频闪、不容易产生视 觉疲劳等优点使之成为受消费者好评的重要因素。在电源行业,LED的隔离和非隔离恐怕是常听到的两个名词

隔离电源:在一些实验室或高要求场合,为了实验人员的安全,一般将实验的输入电源采用1:1的工频变压器与市电进行隔离,这样一来,实验室实验人员无论碰到线路的哪一根线都不会有触电的危险,因为隔离电源与大地是没有连接的。

目前在一般的LED日光灯管照明市场上,存在非隔离设计和隔离型驱动电源之分。非隔离设计仅限于双绝缘产品,例如灯泡的替代产品,其中LED和整个产品都集成并密封在非导电塑料中,因此,终用户并没有任何触电的危险。二级产品都是隔离型的,价格相对比较昂贵,但在用户可以接触到LED和输出接线的地方(通常在LED照明和路灯照明应用的情况下),这种产品必不可少。 带隔离变压器或者电气隔离的LED驱动电源意味着LED可以直接用手接触而不会触电。而无隔离变压器的LED驱动电源虽仍可以借助防护外壳实现部分机械绝缘,但此时的LED日光灯管在工作时并不能直接接触。

隔离电源原理
常见的就是1:1的变压器!
使用中,用户端的电压与原端电压是一样的,但是你可以接触用户端一条线路,而不至于发生触电。(注意了,抓两条线是不允许的!那就会触电了!!) 因为这个线与大地(原来的电源地)是没有连接的,电压可能很高,但却是浮的,不能产生电流,故不会触电。

其他的隔离电源,不论交流还是直流,原理均是如此。

DC-DC隔离电源主要通过调节输出脉冲的频率(调节脉冲的间歇时间)来使输出电压保持稳定。其稳压过程的原理为:当输出电压下降时,R4电压、误差、LT431输出、光耦输出电流、R1电压均随之降低。当R1电压小于1.5V基准电压时,在调制脉冲的正半周期,LX端输出低电平 脉冲变压器初极电流线性增大,D1反偏截止,此时次极无电流,脉冲变压器开始储存能量;而在调制脉冲的负半周,LX端输出高电平,脉冲变压器释放能量,感应电压经D1(正向导通)输出使输出电压上升。从而使输出电压保持稳定。实际上,当输出电压升高时,R4电阻上的电压和误差、LT431输出到光耦的输出电流、以及R1上的电压均随之升高,当R1电压大于1.5V基准电压时,在调制脉冲的负半周,LX端输出高电平,脉冲变压器不产生电压。而此时负载消耗将使输出电压下降。从而使输出电压保持稳定。

两者的区别又是什么?
主要从以下几个方面:
安全性
隔离电源是使用变压器将220V电压通过变压器将电压降到较低的电压,然后再整流成直流电输出供电使用。因为变压器的主线圈承受220V电压,次级线圈只承受输出的 低交流电压,并且主次线圈之间并不直接连接,所以称为隔离电源。变压器的转换过程是:电-磁-电,没有和大地连接,所以不会发生触电危险。

而非隔离电源是用220V直接输入到电子电路,在通过电子元件降压输出,输入输出是通过电子元件直接连接的,所以称非隔离电源;两者从表面上看就是有无变压 器的区别。LED非隔离设计仅限于双绝缘产品,例如灯泡的替代产品,其中LED和整个产品都集成并密封在非导电塑料中,因此,终用户并没有任何触电的危险。二级产品都是隔离型的,价格相对比较昂贵。非隔离电路是输入电源通过升降压之后直接加在了LED负载上,有触电危险存在。
所以要通过安规,比如3C、UL、CE等,非隔离就麻烦,一般生产厂家没有的设计技术实力,一般不好通过。因为绝缘及爬电距离不够,只能从灯具物理结构设计了。灯管是可以接受的,也有全塑的,比如,通常LED和铝散热器之间的绝缘也就靠铝基板的印製板的薄膜绝缘。虽然这个绝缘层可以耐 2000V高压,但有时螺丝孔的毛刺会产生所谓的爬电现象,使得难以通过CE。

但作为完整的LED照明灯具产品,产品表面使用者能接触到的部分一定要经过隔离,不能让人触电。而从产品整个系统而言,隔离是不可避免的,区别只是设置隔离的位置不同。作为一个让终用户能安全使用的产品,一定会考虑绝缘与隔离的可靠性。

注意:需要提醒的是,有些厂家为了节省成本,采用在主线圈上直接抽头提取低电压的办法,这种办法看似有变压器,实际没有次级线圈,不能算是隔离电源!

电性能
再从性能上说,隔离电源的优点是:不会对人体造成威胁,宽电压表现很好,非隔离的现在也很成熟,电压范围略比隔离的差些,电压范围在110V- 300V之间;而隔离电源能做到60-300V。高低电流很均匀。隔离型驱动安全但效率较低,非隔离型驱动效率较高,应按实际使用的要求来选隔离型还是非隔离型驱动。

从恒流精度上:隔离型可以做到±5%以内,而非隔离型则很难做到。

非隔离电路对于浪涌十分敏感,抑制能力差。雷击浪涌,这种电压是瞬间高压,高达几千伏,时间很短,能量极强,这个电压进入电源,对于非隔离BUCK 电路,会瞬间传达到输出,击坏恒流检测环,或是进一步击坏芯片,造成300v直通,而烧掉整条灯管。事实上就是指非隔离电源,在批量出货时,返修率高于隔离LED驱动电源,大都是因为炸坏。而隔离电源炸坏的机率要小不少,非隔离的一般在2%至3%左右。

很多电网电压不稳,隔离也会,现象也是芯片、MOS管、恒流环路全烧坏,但隔离相对少得多。

注意:所以非隔离防浪涌的压敏电阻必不可少,没有压敏能质保的都是浮云。

成本与效率
电子产品的成本不光是设计生产成本,批量大的产品也包括维修成本。就LED电源电路结构而言,目前的隔离型方案多是AC/DC的反激式 (Flyback)电路方案,因此相对电路较复杂、成本较高。非隔离型基本是采用DC/DC的升压(Boost)或降压(Buck)电路,则相对电路较简单,因而成本也相对较低。

非隔离由于少了变压的能损耗,效率一般能达到90%以上,而且有更高的功率因素。而隔离一般能效在88%,视功率而定,所以隔离电源发热也比较大。
非隔离电源在效率和成本上比隔离电源较有优势。隔离电源效率不易做高,处理不好的话热量很大,成本也高,尤其是做那种内置灯管的LED日光灯。但非隔离电源,因为对雷击浪涌电压抑制能力较差,大批量出货时,就会遇到很多损坏。

相比隔离电源,非隔离电源主要是减少了变压器,以少的用料来设计架构,做到相同的产品功能,所以非隔离成本有较大的优势。这估计就是非隔离电源在中国很吃香的原因了。

注意:在低压供电的LED灯具中,以效率和成本优先的原则,其实非隔离型方案是的选择。

使用场合
用隔离的绝缘变压器还是用隔离的防护灯罩外壳,通常需要从多方面去分析,例如成本与製造工艺、效率和体积、绝缘可靠性和安全规范的要求等。这两种类型的设计都将会继续使用,因为每个设计分别满足了不同的市场需求。

从负载范围说,一般来讲隔离电源的输出带载范围为30-42V,非隔离带载范围可以为30-84V。众多LED厂家在选择电源的时候为了整体的适应性都要求 电源能够适应全电压90-265V输入,带载范围也要求高达84V,这样的选择是存在一定风险和隐患的。90V输入的时候电源可能丧失恒流功能,THD这 些。 非隔离适合做高压小电流,做大电流成本并不比隔离的便宜。

非隔离电源适合的场合:首先是室内的灯具,这种室内用电环境较好,浪涌影响 小,草帽和贴片LED,使用的场合是高压小电流。低压大电流用非隔离没有意义,因为低压大电流非隔离的效率并不比隔离的高,成本也低不到多少去,不太适合集 中式照明,何谓集中照明,即在同一条AC线上点上几百只灯具,这时因为一条线上灯具太多,此条线上电压环境较脏,所以击坏灯具的机率变大,故非隔离电源做 的LED灯具。

从产品整个系统而言,隔离是不可避免的,区别只是设置隔离的位置不同。有些设计者採用隔离的变压器设计,因此他们可以简化散热和灯罩的设计(散热的设计怎么简化啊?隔离的效率低热量就大啊,只是简化灯具隔离设计吧?)。如果用非隔离的驱动设计,在灯壳等结构上就必须考虑可靠的绝缘要求。

注意:作为电源驱动,隔离与非隔离的方案一直都同时存在。

缘于上述几点,这两种架构的电源各有优势,非隔离电源侧重于较高的功率因数及效率,减少了能源的损耗;而隔离电源重视生命的安全和日光灯整体的使用安全性,在功率因数及效率方面略逊于非隔离电源,不同场合和不同使用环境,不同的电源类型没有硬性规定。




关键词: 隔离     电源     原理     是什么    

工程师
2020-12-17 18:59:40     打赏
2楼

感谢楼主分享


工程师
2020-12-17 19:04:32     打赏
3楼

学到了


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