• 回复
  • 收藏
  • 点赞
  • 分享
  • 发新帖

电源的隔离设计浅谈

 隔离器件在电力电子设备上选用的元器件中十分重要,尤其在高电压及大功率应用中不可或缺。典型的隔离器件被用于功能性隔离和安全隔离等功能电路,分别用于实现高压功率电路和低压控制电路的隔离,以及控制电路及可能被人体触摸的接口电路的隔离。

 隔离系统设计框图:

 之所以需要在变频驱动及电源设计中使用隔离电路,其原因主要在于以下几方面:

  • (1)降低噪声干扰,电源中大功率器件开关动作产生的di/dt和dv/dt信号变化,经由PCB布线的寄生参数或者其他电路的耦合通路,会在低压电路信号中产生较高的噪声,干扰电路正常工作。通过引入隔离器件,可以有效的分离功率电路和低压控制电路,减小控制电路的噪声。
  • (2)器件耐压要求,通常变频驱动及电源设备的主功率电路连接到危险电压,比如AC 220V/380V电路,经过整流后的直流电压也高达540V以上,然而控制电路通常连接到安全地电压,因此功率电路与住功率电路间需要隔离。
  • (3)设备互联,这些设备通常还需要与其他控制器连接,形成网 络化控制,网络中的设备可能并不连接在同一个地电平上,如果没有隔离器件的存在,这些信号链路上的器件可能因为不同的地电平之间的压差而损坏。
  • (4)安规绝缘要求,电力电子设备的部分电路可能会和人体或导 电外壳接触,这部分电路应当处于安全电压并与危险电压电路完全隔离开来以满足绝缘要求。
全部回复(7)
正序查看
倒序查看
k6666
LV.9
2
2021-04-12 19:10

功率电路、控制电路、接口电路的接地、电压等级不同,安规要求也不同,因此他们之间通常都需要使用隔离器件实现电气分离。不同的应用需求下有不同的隔离方案。功率电路和控制电路之间采用隔离型功率半导体驱动芯片,隔离型的电流电压检测等。控制电路和接口电路之间采用数字输入输出信号的隔离芯片,隔离型的ADC和DAC芯片等。如果功率电路和控制电路之间的隔离已经满足了产品对应的全部安规及绝缘耐压要求,那么控制电路和接口电路之间可以省去隔离。出于成本或器件选型考虑,也可以通过两层隔离电路的灵活组合达到双重绝缘的效果。

目前业界电源隔离方案主要有两种:

一种是使用变压器磁隔离+光耦光电隔离组合实现初级侧与次级侧之间的电气隔离。这种方式,电路简单成熟普遍,较容易实现,能实现高输出电压精度、线性调整率和负载调整率性能,满足目前电子产品的高性能要求。比如:

另一种是只用变压器磁隔离的方案,这种变压器磁隔离原边反馈采样方式,对变压器的一致性要求比较高,且输出电压精度、线性调整率和负载调整率性能比较差。其实行业内也有人研究过采用压电陶瓷隔离,全新技术,性能很难达到前面两种方式,且仪器设备投入成本非常高,就基本没有再被研究推广使用。

0
回复
k6666
LV.9
3
2021-04-12 19:20
@k6666
功率电路、控制电路、接口电路的接地、电压等级不同,安规要求也不同,因此他们之间通常都需要使用隔离器件实现电气分离。不同的应用需求下有不同的隔离方案。功率电路和控制电路之间采用隔离型功率半导体驱动芯片,隔离型的电流电压检测等。控制电路和接口电路之间采用数字输入输出信号的隔离芯片,隔离型的ADC和DAC芯片等。如果功率电路和控制电路之间的隔离已经满足了产品对应的全部安规及绝缘耐压要求,那么控制电路和接口电路之间可以省去隔离。出于成本或器件选型考虑,也可以通过两层隔离电路的灵活组合达到双重绝缘的效果。目前业界电源隔离方案主要有两种:一种是使用变压器磁隔离+光耦光电隔离组合实现初级侧与次级侧之间的电气隔离。这种方式,电路简单成熟普遍,较容易实现,能实现高输出电压精度、线性调整率和负载调整率性能,满足目前电子产品的高性能要求。比如:[图片]另一种是只用变压器磁隔离的方案,这种变压器磁隔离原边反馈采样方式,对变压器的一致性要求比较高,且输出电压精度、线性调整率和负载调整率性能比较差。其实行业内也有人研究过采用压电陶瓷隔离,全新技术,性能很难达到前面两种方式,且仪器设备投入成本非常高,就基本没有再被研究推广使用。[图片]

电源隔离PCB电路设计布局注意事项:在印刷电路板上布置隔离电源时,您将不得不接受这样的事实,即您将要使用一些更大的组件。根据PCB电路设计的需要,这些变压器可能会变得很大,并且可能会将您的放置策略抛诸脑后。 

您还应该提前计划电源需要的PCB层堆叠。您将要确保在多层板配置中,电源组件所在的板的外层与敏感布线可能通过的内层之间具有电源或接地层。

在电源设计中,还应考虑其他一些布局注意事项:

放置:目标是保持电源连接尽可能短和直接,因此请保持尽可能紧密。首先从电源的主要组件开始,然后放置其余部分。您还需要将零件保持在电路板的同一侧以进行直接布线,并消除通孔引起的任何阻抗。

布线:与展示位置一起使用时,布线应尽可能短而直接。确保使用足够宽的走线宽度来处理当前负载。您还应该以45度角布线电源迹线中的拐角或将其倒圆。另一个重要的一点是要避免将其他信号走线尽可能地穿过电源区域。

接地层:为电源创建良好的牢固接地方案对于控制噪声很重要。为了创建好的电源接地,使用实心平面而不是走线。创建电源的接地层也是一个好主意,该接地层与板的其余部分的公共接地层分开。这样可以将电流返回路径的噪声与设计的其余部分隔离开,并防止常规的信号返回路径试图冲过公共平面上的嘈杂接地区域。然后,两个接地层应在单个点连接,以使它们尽可能彼此隔离。

0
回复
lkings
LV.6
4
2021-07-13 20:24

满足安规距离要求,用变压器隔离,或者光耦。

0
回复
iszjt
LV.5
5
2021-07-14 13:54

感谢楼主分享!!!

我们经常会在媒体上看见一些手机充电爆炸,手机充电时触电的新闻报道。隔离电源模块能够很好的保证产品的稳定工作,更重要的是保护使用者的生命和财产安全。如图:隔离电源内部框图

0
回复
2021-07-23 12:20
@k6666
电源隔离PCB电路设计布局注意事项:在印刷电路板上布置隔离电源时,您将不得不接受这样的事实,即您将要使用一些更大的组件。根据PCB电路设计的需要,这些变压器可能会变得很大,并且可能会将您的放置策略抛诸脑后。 您还应该提前计划电源需要的PCB层堆叠。您将要确保在多层板配置中,电源组件所在的板的外层与敏感布线可能通过的内层之间具有电源或接地层。在电源设计中,还应考虑其他一些布局注意事项:放置:目标是保持电源连接尽可能短和直接,因此请保持尽可能紧密。首先从电源的主要组件开始,然后放置其余部分。您还需要将零件保持在电路板的同一侧以进行直接布线,并消除通孔引起的任何阻抗。布线:与展示位置一起使用时,布线应尽可能短而直接。确保使用足够宽的走线宽度来处理当前负载。您还应该以45度角布线电源迹线中的拐角或将其倒圆。另一个重要的一点是要避免将其他信号走线尽可能地穿过电源区域。接地层:为电源创建良好的牢固接地方案对于控制噪声很重要。为了创建好的电源接地,使用实心平面而不是走线。创建电源的接地层也是一个好主意,该接地层与板的其余部分的公共接地层分开。这样可以将电流返回路径的噪声与设计的其余部分隔离开,并防止常规的信号返回路径试图冲过公共平面上的嘈杂接地区域。然后,两个接地层应在单个点连接,以使它们尽可能彼此隔离。

关注楼主更新,爬电距离对应的不同电压标准和不用应用场合,能否讲讲,谢谢。

0
回复
2021-07-27 12:08

变压器+光耦隔离比较常见

0
回复
lw200666
LV.2
8
2021-08-05 14:01

pwm ic有的方案放在原边十光耦。有方案放在副边+驱动变压器,这两种隔离哪种好,各有什么优点?

0
回复