"Seorang pramugari China Southern Airlines berusia 23 tahun tersengat listrik saat berbicara di iPhone5-nya saat sedang diisi daya," berita ini telah menarik perhatian luas di dunia maya. Bisakah pengisi daya membahayakan nyawa? Para ahli menganalisis kebocoran transformator di dalam pengisi daya ponsel, kebocoran arus bolak-balik 220VAC ke ujung DC, dan melalui jalur data ke casing logam ponsel, yang pada akhirnya menyebabkan sengatan listrik, sebuah tragedi yang tak terelakkan.
Jadi, mengapa output pengisi daya ponsel menggunakan 220V AC? Apa yang perlu diperhatikan dalam memilih catu daya terisolasi? Bagaimana cara membedakan catu daya terisolasi dan non-terisolasi? Pandangan umum di industri adalah:
1. Catu daya terisolasi:Tidak ada koneksi listrik langsung antara loop input dan loop output catu daya, dan input dan output berada dalam keadaan resistansi tinggi yang terisolasi tanpa loop arus, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1:
2, catu daya non-terisolasi:Terdapat loop arus searah antara input dan output, misalnya, input dan output bersifat umum. Rangkaian flyback terisolasi dan rangkaian BUCK non-terisolasi diambil sebagai contoh, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 1 Catu daya terisolasi dengan transformator
1.Keuntungan dan kerugian dari catu daya terisolasi dan catu daya non-terisolasi
Berdasarkan konsep di atas, untuk topologi catu daya umum, catu daya non-terisolasi terutama mencakup Buck, Boost, Buck-boost, dan sebagainya. Catu daya isolasi terutama memiliki berbagai topologi flyback, forward, half-bridge, LLC, dan lainnya dengan transformator isolasi.
Dikombinasikan dengan catu daya terisolasi dan non-terisolasi yang umum digunakan, kita dapat secara intuitif mendapatkan beberapa kelebihan dan kekurangannya, kelebihan dan kekurangan keduanya hampir berlawanan.
Untuk menggunakan catu daya terisolasi atau tidak terisolasi, perlu dipahami bagaimana proyek sebenarnya membutuhkan catu daya, tetapi sebelum itu, Anda dapat memahami perbedaan utama antara catu daya terisolasi dan tidak terisolasi:
① Modul isolasi memiliki keandalan tinggi, tetapi biaya tinggi dan efisiensi rendah.
2Struktur modul non-terisolasi sangat sederhana, biaya rendah, efisiensi tinggi, dan kinerja keselamatan buruk.
Oleh karena itu, pada kesempatan berikut, disarankan untuk menggunakan catu daya terisolasi:
① Melibatkan kemungkinan kejadian sengatan listrik, seperti mengambil listrik dari jaringan ke kejadian DC tegangan rendah, perlu menggunakan catu daya AC-DC yang terisolasi;
2. Bus komunikasi serial mentransmisikan data melalui jaringan fisik seperti RS-232, RS-485, dan jaringan area lokal pengontrol (CAN). Masing-masing sistem yang saling terhubung ini dilengkapi dengan catu dayanya sendiri, dan jarak antar sistem seringkali berjauhan. Oleh karena itu, kita biasanya perlu mengisolasi catu daya untuk isolasi listrik guna memastikan keamanan fisik sistem. Dengan mengisolasi dan memutus loop pentanahan, sistem terlindungi dari dampak tegangan tinggi transien dan distorsi sinyal berkurang.
③ Untuk port I/O eksternal, untuk memastikan pengoperasian sistem yang andal, disarankan untuk mengisolasi catu daya port I/O.
Tabel ringkasan ditunjukkan pada Tabel 1, dan kelebihan serta kekurangan keduanya hampir bertolak belakang.
Tabel 1 Keuntungan dan kerugian catu daya terisolasi dan tidak terisolasi
2，Pilihan daya terisolasi dan daya tidak terisolasi
Dengan memahami kelebihan dan kekurangan catu daya terisolasi dan non-terisolasi, masing-masing memiliki kelebihannya sendiri, dan kami telah mampu membuat penilaian yang akurat tentang beberapa opsi catu daya tertanam yang umum:
① Catu daya sistem umumnya digunakan untuk meningkatkan kinerja anti-interferensi dan memastikan keandalan.
② Catu daya IC atau bagian sirkuit pada papan sirkuit, mulai dari yang hemat biaya dan volume, lebih mengutamakan penggunaan skema non-isolasi.
3 Untuk persyaratan keselamatan demi keamanan, jika Anda perlu menghubungkan AC-DC ke Listrik Kota, atau catu daya untuk keperluan medis, demi memastikan keselamatan orang tersebut, Anda harus menggunakan catu daya. Dalam beberapa kasus, Anda harus menggunakan catu daya untuk memperkuat isolasi.
4. Untuk catu daya komunikasi industri jarak jauh, agar dapat secara efektif mengurangi dampak perbedaan geografis dan gangguan sambungan kabel, umumnya digunakan catu daya terpisah untuk memberi daya pada masing-masing simpul komunikasi saja.
⑤ Untuk penggunaan catu daya baterai, catu daya non-isolasi digunakan untuk masa pakai baterai yang ketat.
Dengan memahami kelebihan dan kekurangan daya isolasi dan non-isolasi, masing-masing memiliki keunggulannya sendiri. Untuk beberapa desain catu daya tertanam yang umum digunakan, kita dapat merangkum alasan pemilihannya.
1.Icatu daya isolasi
Untuk meningkatkan kinerja anti-interferensi dan memastikan keandalan, umumnya digunakan isolasi.
Untuk persyaratan keselamatan demi keamanan, jika Anda perlu menyambungkan ke AC-DC Listrik Kota, atau catu daya untuk keperluan medis, dan peralatan putih, demi menjamin keselamatan orang tersebut, Anda harus menggunakan catu daya, seperti MPS MP020, untuk umpan balik asli AC-DC, cocok untuk aplikasi 1 ~ 10W;
Untuk pasokan daya komunikasi industri jarak jauh, guna mengurangi dampak perbedaan geografis dan gangguan sambungan kabel secara efektif, umumnya digunakan pasokan daya terpisah untuk memberi daya pada masing-masing simpul komunikasi saja.
2. Catu daya non-isolasi
IC atau beberapa sirkuit di papan sirkuit ditenagai oleh rasio harga dan volume, dan solusi non-isolasi lebih disukai; seperti seri MPS MP150/157/MP174 buck non-isolasi AC-DC, cocok untuk 1 ~ 5W;
Untuk kasus tegangan kerja di bawah 36V, baterai digunakan untuk memasok daya, dan ada persyaratan ketat untuk daya tahan, dan catu daya non-isolasi lebih disukai, seperti MPS MP2451/MPQ2451.
Keuntungan dan kerugian catu daya isolasi dan catu daya non-isolasi
Dengan memahami kelebihan dan kekurangan catu daya isolasi dan non-isolasi, keduanya memiliki keunggulan masing-masing. Untuk beberapa pilihan catu daya tertanam yang umum digunakan, kita dapat mengikuti kondisi penilaian berikut:
Untuk persyaratan keselamatan, jika Anda perlu menyambungkan ke AC-DC Listrik Kota, atau catu daya untuk medis, guna memastikan keselamatan orang tersebut, Anda harus menggunakan catu daya, dan beberapa kesempatan harus digunakan untuk meningkatkan catu daya isolasi.
Umumnya, persyaratan tegangan isolasi daya modul tidak terlalu tinggi, tetapi tegangan isolasi yang lebih tinggi dapat memastikan arus bocor yang lebih kecil, keamanan dan keandalan yang lebih tinggi, serta karakteristik EMC yang lebih baik. Oleh karena itu, level tegangan isolasi umumnya di atas 1500VDC.
3, tindakan pencegahan untuk pemilihan modul daya isolasi
Resistansi isolasi catu daya juga disebut kekuatan anti-listrik dalam standar nasional GB-4943. Standar GB-4943 ini merupakan standar keamanan peralatan informasi yang sering kita sebut, untuk mencegah manusia dari bahaya fisik dan listrik, termasuk menghindari kerusakan akibat sengatan listrik, kerusakan fisik, dan ledakan. Diagram struktur catu daya isolasi ditunjukkan di bawah ini.
Diagram struktur daya isolasi
Sebagai indikator penting daya modul, standar isolasi dan metode pengujian ketahanan tekanan juga ditetapkan dalam standar. Umumnya, uji koneksi potensial yang sama umumnya digunakan dalam pengujian sederhana. Diagram skema koneksi adalah sebagai berikut:
Diagram signifikan resistansi isolasi
Metode Pengujian:
Atur tegangan resistansi tegangan ke nilai resistansi tegangan yang ditentukan, arus diatur sebagai nilai kebocoran yang ditentukan, dan waktu diatur ke nilai waktu pengujian yang ditentukan;
Pengukur tekanan operasi memulai pengujian dan mulai menekan. Selama waktu pengujian yang ditentukan, modul harus bebas dari pola dan busur api.
Perhatikan bahwa modul daya pengelasan harus dipilih pada saat pengujian untuk menghindari pengelasan berulang dan kerusakan modul daya.
Selain itu, perhatikan:
1. Perhatikan apakah itu AC-DC atau DC-DC.
2. Isolasi modul daya isolasi. Misalnya, apakah tegangan 1000V DC memenuhi persyaratan isolasi.
3. Apakah modul daya isolasi memiliki uji keandalan yang komprehensif? Modul daya harus menjalani uji kinerja, uji toleransi, uji kondisi transien, uji keandalan, uji kompatibilitas elektromagnetik EMC, uji suhu tinggi dan rendah, uji ekstrem, uji masa pakai, uji keamanan, dll.
4. Apakah lini produksi modul daya terisolasi sudah terstandarisasi? Lini produksi modul daya harus lulus sejumlah sertifikasi internasional seperti ISO9001, ISO14001, OHSAS18001, dll., seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 di bawah ini.
Gambar 3 Sertifikasi ISO
5. Apakah modul daya isolasi dapat diterapkan pada lingkungan yang keras seperti industri dan otomotif? Modul daya ini tidak hanya diterapkan pada lingkungan industri yang keras, tetapi juga pada sistem manajemen BMS kendaraan energi baru.
4,Tpersepsi tentang kekuatan isolasi dan kekuatan non-isolasi
Pertama-tama, kesalahpahaman dijelaskan: Banyak orang berpikir bahwa daya non-isolasi tidak sebaik daya isolasi, karena catu daya terisolasi mahal, jadi pasti mahal.
Mengapa menurut kesan semua orang saat ini lebih baik menggunakan daya isolasi daripada non-isolasi? Sebenarnya, ide ini sudah ada sejak beberapa tahun lalu. Karena stabilitas non-isolasi di tahun-tahun sebelumnya memang belum terisolasi dan stabil, tetapi dengan pembaruan teknologi R&D, non-isolasi kini sudah sangat matang dan semakin stabil. Berbicara tentang keamanan, daya non-isolasi sebenarnya juga sangat aman. Selama strukturnya sedikit diubah, tetap aman bagi tubuh manusia. Dengan alasan yang sama, daya non-isolasi juga dapat melewati berbagai standar keamanan, seperti: Ultuvsaace.
Faktanya, akar penyebab kerusakan catu daya non-isolasi disebabkan oleh lonjakan tegangan di kedua ujung saluran listrik AC. Dapat juga dikatakan bahwa gelombang petir adalah lonjakan. Tegangan ini merupakan tegangan tinggi seketika di kedua ujung saluran AC tegangan, terkadang setinggi tiga ribu volt. Namun waktunya sangat singkat dan energinya sangat kuat. Hal ini akan terjadi ketika terjadi guntur, atau pada saluran AC yang sama, ketika beban besar terputus, karena inersia arus juga akan terjadi. Sirkuit BUCK isolasi akan langsung mengalir ke output, merusak cincin deteksi arus konstan, atau merusak chip lebih lanjut, menyebabkan 300V lewat, dan membakar seluruh lampu. Untuk catu daya anti-agresif isolasi, MOS akan rusak. Fenomenanya adalah penyimpanan, chip, dan tabung MOS terbakar. Sekarang catu daya bertenaga LED rusak selama penggunaan, dan lebih dari 80% merupakan dua fenomena serupa ini. Selain itu, catu daya switching kecil, bahkan adaptor daya, sering rusak akibat fenomena ini, yang disebabkan oleh tegangan gelombang, dan pada catu daya LED, hal ini bahkan lebih umum. Hal ini disebabkan oleh karakteristik beban LED yang sangat rentan terhadap tegangan gelombang.
Menurut teori umum, semakin sedikit komponen dalam rangkaian elektronik, semakin tinggi keandalannya, dan semakin rendah keandalan papan sirkuit komponen tersebut. Faktanya, rangkaian non-isolasi lebih rendah daripada rangkaian isolasi. Mengapa keandalan rangkaian isolasi tinggi? Sebenarnya, bukan keandalannya, melainkan rangkaian non-isolasi terlalu sensitif terhadap lonjakan arus, kemampuan penghambatannya buruk, dan rangkaian isolasi, karena energi masuk ke transformator terlebih dahulu, kemudian disalurkan ke beban LED dari transformator. Rangkaian buck merupakan bagian dari catu daya input yang langsung menuju beban LED. Oleh karena itu, rangkaian buck memiliki risiko kerusakan yang tinggi akibat lonjakan arus dalam hal penekanan dan pelemahan, sehingga kecil. Faktanya, masalah non-isolasi terutama disebabkan oleh masalah lonjakan arus. Saat ini, masalah ini hanya terjadi pada lampu LED yang dapat dilihat dari probabilitasnya. Oleh karena itu, banyak orang belum mengusulkan metode pencegahan yang baik. Semakin banyak orang yang tidak tahu apa itu tegangan gelombang, banyak orang. Lampu LED rusak, dan penyebabnya tidak dapat ditemukan. Pada akhirnya, hanya ada satu kalimat. Catu daya ini tidak stabil dan akan diperbaiki. Di mana tepatnya ketidakstabilannya, dia tidak tahu.
Catu daya non-isolasi adalah efisiensi, dan yang kedua adalah biaya lebih menguntungkan.
Daya non-isolasi cocok untuk berbagai keperluan: Pertama, lampu dalam ruangan. Lingkungan listrik dalam ruangan ini lebih baik dan pengaruh gelombangnya kecil. Kedua, penggunaannya adalah tegangan dan arus kecil. Non-isolasi tidak relevan untuk arus tegangan rendah, karena efisiensi tegangan rendah dan arus besar tidak lebih tinggi daripada isolasi, dan biayanya pun jauh lebih rendah. Ketiga, catu daya non-isolasi digunakan dalam lingkungan yang relatif stabil. Tentu saja, jika ada cara untuk mengatasi masalah penanggulangan lonjakan arus, jangkauan aplikasi daya non-isolasi akan sangat luas!
Karena masalah gelombang, tingkat kerusakan tidak boleh diremehkan. Umumnya, jenis pengembalian yang diperbaiki, asuransi yang rusak, chip, dan MOS, yang pertama-tama harus mempertimbangkan masalah gelombang. Untuk mengurangi tingkat kerusakan, perlu mempertimbangkan faktor lonjakan saat merancang, atau untuk menghentikan pengguna saat digunakan, dan mencoba menghindari lonjakan. (Seperti lampu dalam ruangan, matikan untuk sementara waktu saat Anda menggunakannya)
Singkatnya, penggunaan isolasi dan non-isolasi seringkali disebabkan oleh masalah gelombang, dan masalah gelombang serta lingkungan kelistrikan saling berkaitan erat. Oleh karena itu, seringkali penggunaan daya isolasi dan catu daya non-isolasi tidak dapat dipisahkan satu per satu. Biayanya sangat menguntungkan, sehingga perlu memilih non-isolasi atau isolasi sebagai catu daya penggerak LED.
5. Ringkasan
Artikel ini memperkenalkan perbedaan antara daya isolasi dan non-isolasi, serta kelebihan dan kekurangannya masing-masing, kesempatan adaptasi, dan pemilihan daya isolasi. Saya berharap para insinyur dapat menggunakannya sebagai referensi dalam desain produk. Setelah produk gagal, mereka dapat segera mengatasi masalahnya.
Waktu posting: 08-Jul-2023
