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隔离式DC-DC转换器:把直流电压转换成高频方波电压 由变压器升压或降压后 再经过整

时间:2022-06-17 12:43:08

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隔离式DC-DC转换器:把直流电压转换成高频方波电压 由变压器升压或降压后 再经过整

隔离电源原理是什么_隔离电源和非隔离电源有什么区别

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最常听到的两个名词

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,最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

最常见的就是1:1的变压器!

使用中,用户端的电压与一次原端电压是一样的,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,最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。

所以要通过安规认证,比如3C、UL、CE等,非隔离就麻烦,一般生产厂家没有绝对的设计技术实力,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制板的薄膜绝缘。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认证。

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。作为一个让最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。

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前面说了非隔离式电源,相对于非隔离式电源的,我们遇到更多的应该是要求输出与输入进行电气隔离的隔离式电源,隔离式电源一般是采用变压器进行隔离,因此也称这类转换器为变压器耦合型转换器。

隔离式转换器工作原理简单概述就是:输入电路把交流电整流滤波变成直流电,通过功率开关管周期性通断、控制变压器一次绕组的能量存储,把直流电压转换成高频方波电压,由变压器升压或降压后,再经过整流滤波变为直流电压或者电流。

因为隔离式转化器的工作原理,我们也可以将它称为逆变整流转换器,我们常见的主要类型有:反激式、正激式、推挽式、半桥式和全桥式。

下图为反激式转换器的功能模块图:

反激式电源模块图

工作原理:输出电压通过取样,得到一个取样电压,取样电压和基准电压通过误差放大器比较放大后,经过光耦电气隔离,反馈到变压器的高压侧,再由控制脉冲宽度调制器来决定调整管的通、断时间,从而稳定输出电压或电流。

我们可以将模块图转化成简单的反激式开关电源,如下图:

反激式开关电源原理图

当开关SW导通时,变压器一次绕组以输入电压Ui励磁,电场能转化为磁场能存储在电感中,磁芯的磁通量密度增大,此时变压器二次绕组感应电压使得二极管VD反向偏置而截止,因此二次绕组无电流。当开关S断开时,变压器二次绕组以输出电压Uo消磁,存储在电感中的磁场能转化为电场能释放供给负载,磁芯的磁通量密度减小

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隔离式DC-DC转换器:把直流电压转换成高频方波电压 由变压器升压或降压后 再经过整流滤波变为直流电压或者电流。

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