隔离电源原理是什么

Jacktang

隔离电源原理是什么 [复制链接]

     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。


　　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，以最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最佳的选择。


　　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。

数码小叶

很好的科普贴

一株草

谢谢分享