开关电源的隔离与非隔离式

 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。
隔离电源与非隔离电源的概念及特点
一、隔离式开关电源
       隔离式开关电源需要高频变压器来进行DC-DC转换,输入和输出通过变压器进行物理性的隔离,安全性会更高。输入的交流电经过整流桥整流和滤波后变为高压直流电,开关电源控制芯片再把高压直流电转换为高频的脉动直流电输入到高频变压器的初级,通过电磁感应,高频变压器的次级就可以得到低压的脉动直流电,低压的脉动直流电再经过整流和滤波便可以得到直流电。开关电源控制芯片会根据输出的电压和电流需求,自动调整开关频率和占空比,获得较高的能量转换率。
二、非隔离式开关电源
       非隔离式开关电源没有变压器的物理隔高,输入端和输出端有一端是连接在一起的。非隔离式开关电源没有高频变压器的参与,直接把高压直流电通过高速的开关控制,得到低压直流电,转换过程,开关电源控制芯片有较高的压降,所以没办法得到较大的输出电流。此类方案输出电流一般不超过300mA。一般用于输出电流较小,体积要求小,成本要求低的应用场合。开关电源中的高频铁氧体变压器是高频能量转换的重要器件。开关电源采用的铁芯为铁氧体材料,而普通硅钢片在高频条件下,损耗太大而不能够满足高频条件下的工作环境。220V交流电,经过BD1桥式整流,再通过C1、L1、C2组成的π行滤波器,将其整流后直流电压稳定在300V左右。R2、R3两只串联电阻将启动微弱电流送给3脚INV,建立振荡频率,来控制MOS管的导通。另外,一旦建立振荡后,初级上的另一个辅助绕组提供控制MOS管的稳定驱动电流继续不断工作。
三、隔离电源与非隔离电源对比分析
由上述概念可知,对于常用的电源拓扑而言,非隔离电源主要有:Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔离电源主要有各种带隔离变压器的反激、正激、半桥、LLC等拓扑。结合常用的隔离与非隔离电源,我们从直观上就可得出它们的一些优缺点,两者的优缺点几乎是相反的。
四、隔离与非隔离电源的应用场合
通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知,它们各有优势,对于一些常用的嵌入式供电选择,我们已可做成准确的判断:
1、系统前级的电源,为提高抗干扰性能,保证可靠性,一般用隔离电源。
2、电路板内的IC或部分电路供电,从性价比和体积出发,优先选用非隔离的方案。
3、对安全有要求的场合,如需接市电的AC-DC,或医疗用的电源,为保证人身的安全,必须用隔离电源,有些场合还必须用加强隔离的电源。
4、对于远程工业通信的供电,为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响,一般用隔离电源为每个通信节点单独供电。
5、对于采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,采用非隔离供电。

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