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ADI高性能隔离电源解决方案 (上) — 隔离电源综述
发布时间:2021-10-14 阅读量:155 来源:Cytech Engineer 作者:我爱方案网汇编

由两篇文章构成的《ADI高性能隔离电源解决方案》系列专辑,主要介绍了隔离电源基本概念,以及ADI高性能隔离电源解决方案。


本文《ADI高性能隔离电源解决方案(上)—隔离电源综述》为大家讲解隔离电源的基本知识以及如何设计出符合要求的隔离电源。在下一篇《ADI高性能隔离电源解决方案(下)—方案介绍》一文中,将会针对不同的应用场景,具体介绍ADI的高性能隔离电源解决方案。


一、什么是隔离电源


隔离电源是电源的输入端和输出端,是没有任何直接电气连接的一种电源。


11.png

图1隔离电源的简单示意图(省略了EMC电路)


从图1可以看出,隔离电源分为:


·原边(初级)

·变压器

·信号隔离器件

·高频旁路电容

·副边(次级)


二、隔离电源的意义


安全需求


我们常用的各种功率等级的离线式电源,都是隔离电源,因为220V、380VAC相线、中线对大地都有电压,这种级别的电压对人有致命的安全风险。因此,离线式电源的初级和次级是完全电气隔离的。只有通过Y-CAP、变压器初次极匝间电容产生非常小的漏电流,这一点电流对人体是没有损害的。


另外对于大功率设备,功率回路都是高压、大电流信号,而控制电路一般都是MCU、DSP之类的数字处理电路或数字、模拟混合电路,信号处理电路的工作电压都很低,假如控制电路和功率电路直接供地连接,而功率管出现了故障,门极和功率回路短路的话,高压将直接进入控制电路,这种状况一旦出现,将导致复杂昂贵的控制系统直接烧焦、报废,以致于无法维修。


抗干扰需求


在带有功率回路的设备中,一般功率回路处理的都是高压、大电流的高功率能量,而控制电路的MCU/CPU/FPGA等数字电路和模拟信号处理系统,都是低压电路。


功率回路的各种感性器件,开关器件会产生强烈的近场干扰,当这些近场电场、磁场感应到PCB走线中,会转化为共模、差模干扰信号,特别是共模信号,处理起来会比较困难。


另外感性器件在开关、动态过程中会产生许多很高的dV/dT,dI/dT脉冲,这些干扰信号在示波器上以规律或者不规律的窄而高的脉冲(或者叫做杂讯)显示出来。当dI/dT通过地线耦合,变得很难隔离,很容易让我们整个控制回路的地平面上充满各种脉冲、毛刺。


高速数字电路的高低门限通常比较低,因此这些噪音对数字电路会产生干扰,造成系统误动作、以及死机等。


对于带有模拟信号处理、采集的控制系统,这些噪音就更为致命,共模噪音不仅难以处理,而且会到处飞,造成整个模拟信号处理系统信噪比、测量精度、数据稳定性等核心性能大打折扣。


因此,系统在设计的时候经常会将信号、功率系统的电源做隔离处理,然后再集中处理地回路问题,这样做可以隔离功率回路产生的噪音,提高控制电路的稳定性、性能、可靠性。


物理隔离、电气隔离


为了适配各种物理通讯总线的协议需求,需要做相应的物理隔离、电气隔离。比如我们常用的485、232、Can总线等等都有各自的物理协议,需要做相应的电器隔离处理。


三、隔离电源的关键性能指标


·输入输出电压、电流

·初级、次级的隔离耐压

·输出端的纹波噪音等级

·电源转换效率

·系统工作温度范围


以上列出的五点基本上是工业系统所需要的隔离电源最关键的技术参数。


四、针对高可靠性场景、信号链系统的隔离电源设计步骤与要点


·按照系统实际需求,制定合理的技术参数,选择合适的解决方案。主要关注参数:输入电压,输出电压,输出电流,隔离耐压等级,系统占板面积,电源工作效率。


·选择与自己实际需求技术参数最接近的Demo,在Demo的基础上修改。假如没有合适的Demo,可以在对应产品规格书的典型电路里,找与实际需求最接近的电路作为设计基础。


·学习参考规格书,关注关键信号引脚的定义与设定方法,PCB设计指引,完整详细的设计案例,Layout设计指引。


五、总结


上文主要介绍了什么是隔离电源、隔离电源的意义、隔离电源的关键指标,以及如何按照实际需求,设计出符合要求的隔离电源。骏龙科技公司在工业、医疗、汽车、仪器仪表等需要高性能,高可靠性电源的领域,有着深厚的技术底蕴和客户支持经验。假如您有类似需求,可以点击下方「联系我们」,提交您的需求,我们骏龙科技公司愿意为您提供更深入的讲解与介绍。


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