「中国南方航空の23歳客室乗務員が、充電中のiPhone5で通話中に感電死した」というニュースは、ネット上で広く注目を集めた。充電器は命を危険にさらす可能性がありますか?専門家は、携帯電話の充電器内の変圧器の漏れ、DC端へのAC220V交流の漏れ、そしてデータラインを通って携帯電話の金属シェルに漏れ、最終的には感電死、取り返しのつかない悲劇の発生につながることを分析しています。
では、なぜ携帯電話の充電器の出力は 220V AC なのでしょうか?絶縁電源を選ぶ際に注意すべき点は何ですか?絶縁電源と非絶縁電源を区別するにはどうすればよいですか?業界の一般的な見解は次のとおりです。
1. 絶縁電源: 図 1 に示すように、電源の入力ループと出力ループの間には直接的な電気接続はなく、入力と出力は電流ループがなく絶縁された高抵抗状態になります。
2、非絶縁電源:入力と出力の間に直流ループがあります。たとえば、入力と出力が共通です。図 2 に示すように、絶縁フライバック回路と非絶縁 BUCK 回路を例に挙げます。図 1 トランスを備えた絶縁電源
1.絶縁電源と非絶縁電源のメリット・デメリット
上記の概念によれば、一般的な電源トポロジーの場合、非絶縁電源には主にバック、ブースト、バックブーストなどが含まれます。絶縁電源には主にフライバック、フォワード、ハーフブリッジ、LLC、および絶縁変圧器を備えた他のトポロジー。
一般的に使用される絶縁電源と非絶縁電源を組み合わせると、それらの長所と短所のいくつかを直感的に理解できますが、この 2 つの長所と短所はほぼ逆です。
絶縁型または非絶縁型電源を使用するには、実際のプロジェクトで電源がどのように必要なのかを理解する必要がありますが、その前に、絶縁型電源と非絶縁型電源の主な違いを理解することができます。
① 絶縁モジュールは信頼性は高いですが、コストが高く効率が低いです。
②非絶縁モジュールの構造は非常に単純で、低コスト、高効率ですが、安全性能は劣ります。
したがって、次のような場合には絶縁電源の使用をお勧めします。
① 電力網から低電圧 DC に電力を供給する場合など、感電の可能性を考慮して、絶縁型 AC-DC 電源を使用する必要があります。
② シリアル通信バスは、RS-232、RS-485、コントローラのローカル エリア ネットワーク (CAN) などの物理ネットワークを介してデータを送信します。これらの相互接続されたシステムにはそれぞれ独自の電源が装備されており、システム間の距離は遠く離れていることがよくあります。したがって、システムの物理的なセキュリティを確保するために、通常は電源を電気的に絶縁する必要があります。接地ループを分離して遮断することにより、システムは過渡的な高電圧の影響から保護され、信号の歪みが軽減されます。
③ 外部 I/O ポートについては、システムの信頼性の高い動作を確保するために、I/O ポートの電源を絶縁することをお勧めします。
表にまとめたのが表1ですが、両者の長所と短所はほぼ逆になります。
表 1 絶縁電源と非絶縁電源の長所と短所
2，絶縁電源と非絶縁電源の選択
絶縁電源と非絶縁電源の長所と短所を理解することで、それぞれに独自の利点があり、いくつかの一般的な組み込み電源オプションについて正確に判断できるようになりました。
① システムの電源は通常、耐干渉性能を向上させ、信頼性を確保するために使用されます。
② IC や基板内の回路の一部への電源供給は、費用対効果と量産性を考慮し、非絶縁方式を優先的に採用します。
③セキュリティのための安全要件のため、人の安全を確保するために市営電力の AC-DC または医療用電源を接続する必要がある場合は、その電源を使用しなければなりません。場合によっては、絶縁を強化するために電源を使用する必要があります。
④ 遠隔産業用通信の電源については、地理的差異や配線結合干渉の影響を効果的に低減するために、一般に各通信ノードに単独で電力を供給する別個の電源として使用されます。
⑤ バッテリー電源の使用については、バッテリー寿命を重視した非絶縁電源を使用しています。
絶縁電源と非絶縁電源のメリットとデメリットを理解すると、それぞれのメリットがわかります。一般的に使用されるいくつかの組み込み電源設計について、その選択の場面をまとめることができます。
1.I太陽光発電電源
耐干渉性能を向上させ、信頼性を確保するために、絶縁を使用することが一般的です。
セキュリティのための安全要件のため、人の安全を確保するために市営電力の AC-DC または医療用電源、白物家電に接続する必要がある場合は、その電源を使用する必要があります。 MPS MP020 など、オリジナルのフィードバック AC-DC 用で、1 ～ 10W のアプリケーションに適しています。
遠隔産業用通信の電源では、地理的差異や配線結合干渉の影響を効果的に軽減するために、一般に各通信ノードに単独で電力を供給する個別の電源として使用されます。
2. 非絶縁電源
IC または回路基板内の回路は、価格比と容量によって駆動されるため、非絶縁ソリューションが推奨されます。MPS MP150/157/MP174 シリーズの降圧非絶縁 AC-DC など、1 ～ 5W に適しています。
動作電圧が 36V 未満の場合、電源の供給にはバッテリーが使用され、耐久性に対する厳しい要件があるため、MPS の MP2451/MPQ2451 などの非絶縁電源が推奨されます。
絶縁電源と非絶縁電源のメリット・デメリット
絶縁電源と非絶縁電源のメリットとデメリットを理解することで、それぞれのメリットがわかります。一般的に使用されるいくつかの組み込み電源の選択では、次の判断条件に従うことができます。
安全要件として、人の安全を確保するために市営電力の AC-DC または医療用電源に接続する必要がある場合は、電源を使用する必要があり、場合によっては電源を使用する必要があります。絶縁電源を強化します。
一般に、モジュールの電源絶縁電圧の要件はそれほど高くありませんが、絶縁電圧が高いほど、モジュール電源の漏れ電流が小さくなり、安全性と信頼性が向上し、EMC 特性が向上します。したがって、一般的な絶縁電圧レベルは 1500VDC 以上です。
3、絶縁パワーモジュール選定時の注意事項
電源の絶縁抵抗は、GB-4943 国家規格では耐電圧強度とも呼ばれます。このGB-4943規格は、私たちがよく言う情報機器のセキュリティ規格であり、人体への物理的・電気的危険回避を含む国家規格であり、感電損傷、物理的損傷、爆発などにより人体に損害が発生します。以下に絶縁電源の構造図を示します。
絶縁電源構成図
モジュールの能力を表す重要な指標として、絶縁耐圧試験方法の規格も規格に定められています。一般的に等電位接続テストは簡易テスト時に使用されることが一般的です。接続概略図は次のとおりです。
絶縁抵抗の有意図
試験方法:
耐圧の電圧を指定の耐圧値に設定し、電流を指定の漏れ値に設定し、時間を指定の試験時間値に設定します。
圧力計の動作によりテストが開始され、圧力が開始されます。規定のテスト時間中、モジュールにはパターンがなく、フライ アークがない必要があります。
繰り返しの溶接と電源モジュールの損傷を避けるために、テスト時に溶接電源モジュールを選択する必要があることに注意してください。
さらに、次の点にも注意してください。
1. AC-DCかDC-DCかに注意してください。
2. 絶縁電源モジュールの絶縁。たとえば、DC1000V が絶縁要件を満たしているかどうかです。
3. 絶縁電源モジュールに包括的な信頼性テストが行われているかどうか。パワーモジュールは、性能試験、許容試験、過渡条件、信頼性試験、EMC電磁適合性試験、高温および低温試験、極限試験、寿命試験、セキュリティ試験などを実施する必要があります。
4. 絶縁パワーモジュールの生産ラインは標準化されているか。パワーモジュールの生産ラインは、以下の図 3 に示すように、ISO9001、ISO14001、OHSAS18001 などの多数の国際認証に合格する必要があります。
図3 ISO認証取得状況
5. 絶縁パワーモジュールが産業や自動車などの過酷な環境に適用されるかどうか。このパワーモジュールは、過酷な産業環境だけでなく、新エネルギー車のBMS管理システムにも適用されています。
4,T分離パワーと非分離パワーの認識
まず誤解について説明します。絶縁電源は高価なので、非絶縁電源は絶縁電源ほど優れていないのではないかと多くの人が考えています。
今、皆さんの印象として非絶縁よりも絶縁パワーを使った方が良いのはなぜでしょうか？実は、このアイデアは数年前のアイデアのままです。なぜなら、以前の非絶縁安定性は確かに絶縁性がなく安定性があったからですが、研究開発技術の更新により、非絶縁性は現在非常に成熟しており、より安定しています。安全性について言えば、非絶縁電源も非常に安全です。構造を少し変えれば人体には安全です。同じ理由で、非絶縁電源も Ultuvsaace などの多くのセキュリティ規格に合格できます。
実際、非絶縁電源の損傷の根本原因は、電源 AC ラインの両端のサージ電圧によって引き起こされます。雷波はサージとも言えます。この電圧は AC 電圧ラインの両端で瞬間的に高電圧となり、場合によっては 3,000 ボルトにも達します。しかし、その時間は非常に短く、エネルギーは非常に強いです。雷が鳴ったとき、または同じ AC ライン上で大きな負荷が切断されたとき、電流慣性も発生するため、この問題が発生します。絶縁BUCK回路は瞬時に出力に伝達し、定電流検出リングを損傷したり、さらにチップを損傷して300Vが流れ、ランプ全体が焼けてしまいます。絶縁型アンチアグレッシブ電源の場合、MOS が損傷します。ストレージ、チップ、MOS管が焼き切れる現象です。現在、LED 駆動の電源は使用中に不良状態になり、80% 以上がこれら 2 つの同様の現象です。また、電源アダプタであっても小型のスイッチング電源は波電圧によるこの現象で破損することが多く、LED電源ではさらによく発生します。これはLEDの負荷特性が特に波を恐れるためです。電圧。
一般理論によれば、電子回路内の部品が少ないほど信頼性は高くなり、部品が多いほど回路基板の信頼性は低くなります。実際、非絶縁回路は絶縁回路よりも機能が劣ります。なぜ絶縁回路の信頼性が高いのでしょうか？実際、信頼性ではありませんが、エネルギーが最初にトランスに入り、次にトランスからLED負荷にエネルギーを輸送するため、非絶縁回路はサージ、抑制能力が不十分、および絶縁回路に非常に敏感です。降圧回路は、LED 負荷に直接接続される入力電源の一部です。したがって、前者は抑制と減衰の急増にダメージを受ける可能性が高いため、小さいです。実際、絶縁されていない問題は主にサージの問題が原因です。現時点では確率的に見えるLEDランプしか見えないという問題があります。そのため、多くの人が良い予防法を提案していない。波動電圧とは何かを知らない人が増えています。LEDランプが切れてしまったのですが、原因が分かりません。結局は一文しかない。なんとこの電源が不安定で落ち着くのです。具体的にどこが不安定なのか、彼は知りません。
非絶縁電源は効率が良いこと、2つ目はコストが有利であることです。
非絶縁型電源はさまざまな場面に適しています。 まず第一に、それは室内灯です。室内の電気環境が良く、波の影響も少ないです。第二に、使用場面が小電圧、小電流であること。低電圧および大電流の効率は絶縁よりも高くなく、コストもそれほど高くないため、非絶縁は低電圧電流には意味がありません。第三に、非絶縁電源は比較的安定した環境で使用されます。もちろん、サージを抑えるという問題を解決する方法があれば、非絶縁電源の応用範囲は大きく広がります！
波の問題があるため、被害率を過小評価してはなりません。一般的に修理返却の種類、損害保険、チップ、MOSの最初のものは波の問題を考えるべきです。被害率を下げるためには、サージ要因を考慮して設計するか、使用中にユーザーを離脱させてサージを回避するように努める必要があります。（室内灯など、戦闘時は一旦消してください）
まとめると、絶縁と非絶縁が使用されるのは、波のサージの問題が原因であることが多く、波の問題と電力環境は密接に関係しています。したがって、多くの場合、絶縁電源と非絶縁電源の使用を 1 つずつ削減することはできません。コスト面で非常に有利なため、LED駆動用電源として非絶縁か絶縁かを選択する必要があります。
5. まとめ
この記事では、絶縁電源と非絶縁電源の違い、それぞれのメリット・デメリット、適応シーン、絶縁電源の選び方などを紹介します。エンジニアの方にはプロダクト設計の参考にしていただければと思います。そして、製品が故障した後は、すぐに問題を特定します。
投稿時間: 2023 年 7 月 8 日