"Một tiếp viên hàng không 23 tuổi của hãng hàng không China Southern Airlines đã bị điện giật tử vong khi đang nói chuyện trên iPhone 5 trong lúc sạc", tin tức này đã thu hút sự chú ý rộng rãi trên mạng. Bộ sạc có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người không? Các chuyên gia phân tích hiện tượng rò rỉ biến áp bên trong bộ sạc điện thoại di động, rò rỉ dòng điện xoay chiều 220VAC đến đầu DC, và qua đường truyền dữ liệu đến vỏ kim loại của điện thoại di động, cuối cùng dẫn đến điện giật, gây ra thảm kịch không thể khắc phục.
Vậy tại sao đầu ra của bộ sạc điện thoại di động lại là 220V AC? Chúng ta cần lưu ý điều gì khi lựa chọn nguồn điện cách ly? Làm thế nào để phân biệt nguồn điện cách ly và nguồn điện không cách ly? Quan điểm chung trong ngành là:
1. Nguồn điện riêng biệt: Không có kết nối điện trực tiếp giữa vòng lặp đầu vào và vòng lặp đầu ra của nguồn điện và đầu vào và đầu ra ở trạng thái điện trở cao cách điện mà không có vòng lặp dòng điện, như thể hiện trong Hình 1:
2, nguồn điện không cách ly:Có một vòng lặp dòng điện một chiều giữa đầu vào và đầu ra, ví dụ, đầu vào và đầu ra là chung. Một mạch flyback cách ly và một mạch BUCK không cách ly được lấy làm ví dụ, như thể hiện trong Hình 2. Hình 1 Nguồn điện cách ly với máy biến áp
1. Ưu điểm và nhược điểm của nguồn điện cách ly và nguồn điện không cách ly
Theo các khái niệm trên, đối với cấu trúc nguồn điện thông thường, nguồn điện không cách ly chủ yếu bao gồm Buck, Boost, buck-boost, v.v. Nguồn điện cách ly chủ yếu có nhiều loại flyback, forward, half-bridge, LLC và các cấu trúc khác có biến áp cách ly.
Kết hợp với các bộ nguồn cách ly và không cách ly thường dùng, chúng ta có thể trực quan nhận thấy một số ưu điểm và nhược điểm của chúng, ưu điểm và nhược điểm của hai loại này gần như đối lập nhau.
Để sử dụng nguồn điện riêng biệt hoặc không riêng biệt, cần phải hiểu dự án thực tế cần nguồn điện như thế nào, nhưng trước đó, bạn có thể hiểu được sự khác biệt chính giữa nguồn điện riêng biệt và không riêng biệt:
① Mô-đun cách ly có độ tin cậy cao, nhưng chi phí cao và hiệu quả thấp.
②Cấu trúc của mô-đun không cách ly rất đơn giản, chi phí thấp, hiệu quả cao và hiệu suất an toàn kém.
Do đó, trong những trường hợp sau, nên sử dụng nguồn điện riêng biệt:
① Trong trường hợp có thể xảy ra điện giật, chẳng hạn như lấy điện từ lưới điện vào các trường hợp DC điện áp thấp, cần sử dụng nguồn điện AC-DC riêng biệt;
② Bus truyền thông nối tiếp truyền dữ liệu qua các mạng vật lý như RS-232, RS-485 và mạng cục bộ điều khiển (CAN). Mỗi hệ thống kết nối này đều được trang bị nguồn điện riêng, và khoảng cách giữa các hệ thống thường khá xa. Do đó, để đảm bảo an toàn vật lý cho hệ thống, thường cần cách ly nguồn điện và ngắt mạch vòng tiếp địa, hệ thống được bảo vệ khỏi tác động của điện áp cao đột biến và giảm thiểu méo tín hiệu.
③ Đối với các cổng I/O bên ngoài, để đảm bảo hệ thống hoạt động đáng tin cậy, nên cách ly nguồn điện của các cổng I/O.
Bảng tóm tắt được thể hiện ở Bảng 1, ưu điểm và nhược điểm của hai phương pháp này gần như trái ngược nhau.
Bảng 1 Ưu điểm và nhược điểm của nguồn điện cách ly và không cách ly
2，Lựa chọn nguồn điện cách ly và nguồn điện không cách ly
Bằng cách hiểu được ưu điểm và nhược điểm của nguồn điện cách ly và không cách ly, mỗi loại đều có ưu điểm riêng và chúng tôi đã có thể đưa ra những đánh giá chính xác về một số tùy chọn nguồn điện nhúng phổ biến:
① Nguồn điện của hệ thống thường được sử dụng để cải thiện hiệu suất chống nhiễu và đảm bảo độ tin cậy.
② Nguồn cấp cho IC hoặc một phần mạch trong bảng mạch, bắt đầu từ hiệu quả về chi phí và khối lượng, ưu tiên sử dụng các sơ đồ không cách ly.
③ Vì lý do an toàn, nếu cần kết nối nguồn điện xoay chiều AC-DC của Điện lực Thành phố hoặc nguồn điện dùng cho mục đích y tế, để đảm bảo an toàn cho người sử dụng, bắt buộc phải sử dụng nguồn điện riêng. Trong một số trường hợp, cần sử dụng nguồn điện riêng để tăng cường cách ly.
④ Đối với nguồn điện cung cấp cho truyền thông công nghiệp từ xa, để giảm thiểu hiệu quả tác động của sự khác biệt về địa lý và nhiễu kết nối dây, thường sử dụng nguồn điện riêng để cấp điện cho từng nút truyền thông riêng biệt.
⑤ Đối với việc sử dụng nguồn điện từ pin, sử dụng nguồn điện không cách ly để đảm bảo tuổi thọ pin nghiêm ngặt.
Hiểu được ưu điểm và nhược điểm của nguồn điện cách ly và nguồn điện không cách ly, chúng đều có những ưu điểm riêng. Đối với một số thiết kế nguồn điện nhúng thường dùng, chúng ta có thể tóm tắt các trường hợp lựa chọn.
1.Inguồn điện cách ly
Để cải thiện hiệu suất chống nhiễu và đảm bảo độ tin cậy, người ta thường sử dụng phương pháp cách ly.
Vì yêu cầu an toàn cho an ninh, nếu bạn cần kết nối với AC-DC của Điện lực thành phố, hoặc nguồn điện dùng cho y tế và các thiết bị gia dụng màu trắng, để đảm bảo an toàn cho người, bạn phải sử dụng nguồn điện, chẳng hạn như MPS MP020, cho phản hồi gốc AC-DC, phù hợp với các ứng dụng 1 ~ 10W;
Đối với nguồn điện cung cấp cho truyền thông công nghiệp từ xa, để giảm thiểu hiệu quả tác động của sự khác biệt về địa lý và nhiễu kết nối dây, người ta thường sử dụng nguồn điện riêng để cấp điện cho từng nút truyền thông riêng biệt.
2. Nguồn điện không cách ly
IC hoặc một số mạch trong bảng mạch được cấp nguồn theo tỷ lệ giá và khối lượng, và giải pháp không cách ly được ưu tiên; chẳng hạn như dòng MPS MP150/157/MP174 buck không cách ly AC-DC, phù hợp với công suất 1 ~ 5W;
Đối với trường hợp điện áp làm việc dưới 36V, pin được sử dụng để cung cấp điện và có yêu cầu nghiêm ngặt về độ bền, và nguồn điện không cách ly được ưu tiên, chẳng hạn như MP2451/MPQ2451 của MPS.
Ưu điểm và nhược điểm của nguồn điện cách ly và nguồn điện không cách ly
Khi hiểu được ưu và nhược điểm của nguồn điện cách ly và không cách ly, chúng ta sẽ thấy chúng có những ưu điểm riêng. Đối với một số lựa chọn nguồn điện nhúng thường dùng, chúng ta có thể dựa vào các điều kiện đánh giá sau:
Vì yêu cầu an toàn, nếu bạn cần kết nối với nguồn điện AC-DC của Điện lực thành phố hoặc nguồn điện y tế, để đảm bảo an toàn cho người, bạn phải sử dụng nguồn điện và trong một số trường hợp phải sử dụng để tăng cường khả năng cách ly nguồn điện.
Nhìn chung, yêu cầu về điện áp cách ly nguồn mô-đun không quá cao, nhưng điện áp cách ly cao hơn có thể đảm bảo nguồn điện mô-đun có dòng rò nhỏ hơn, độ an toàn và độ tin cậy cao hơn, và đặc tính EMC tốt hơn. Do đó, mức điện áp cách ly chung là trên 1500VDC.
3, các biện pháp phòng ngừa khi lựa chọn mô-đun nguồn cách ly
Điện trở cách ly của bộ nguồn còn được gọi là độ bền chống điện trong tiêu chuẩn quốc gia GB-4943. Tiêu chuẩn GB-4943 này là tiêu chuẩn an toàn cho thiết bị thông tin mà chúng ta thường nói, nhằm ngăn ngừa con người khỏi các tác động vật lý và điện, bao gồm cả việc tránh gây thương tích cho con người do điện giật, hư hỏng vật lý, nổ. Sơ đồ cấu trúc của bộ nguồn cách ly như được hiển thị bên dưới.
Sơ đồ cấu trúc công suất cách ly
Tiêu chuẩn này cũng quy định phương pháp thử nghiệm cách ly và chịu áp suất, một chỉ số quan trọng để đánh giá công suất mô-đun. Thông thường, thử nghiệm kết nối điện thế bằng nhau thường được sử dụng trong các thử nghiệm đơn giản. Sơ đồ kết nối như sau:
Sơ đồ quan trọng của điện trở cách ly
Phương pháp thử nghiệm:
Đặt điện áp của điện trở thành giá trị điện áp điện trở đã chỉ định, dòng điện được đặt thành giá trị rò rỉ đã chỉ định và thời gian được đặt thành giá trị thời gian thử nghiệm đã chỉ định;
Đồng hồ đo áp suất hoạt động bắt đầu kiểm tra và bắt đầu ép. Trong thời gian kiểm tra quy định, mô-đun phải không có hoa văn và không có hồ quang bay.
Lưu ý rằng mô-đun nguồn hàn phải được chọn tại thời điểm thử nghiệm để tránh hàn nhiều lần và làm hỏng mô-đun nguồn.
Ngoài ra, hãy chú ý:
1. Chú ý xem đó là AC-DC hay DC-DC.
2. Cách ly mô-đun nguồn cách ly. Ví dụ, liệu điện áp DC 1000V có đáp ứng các yêu cầu cách điện hay không.
3. Mô-đun nguồn cách ly có được kiểm tra độ tin cậy toàn diện hay không. Mô-đun nguồn phải được thực hiện kiểm tra hiệu suất, kiểm tra dung sai, kiểm tra điều kiện quá độ, kiểm tra độ tin cậy, kiểm tra khả năng tương thích điện từ EMC, kiểm tra nhiệt độ cao và thấp, kiểm tra khắc nghiệt, kiểm tra tuổi thọ, kiểm tra an toàn, v.v.
4. Dây chuyền sản xuất mô-đun nguồn cách ly có được tiêu chuẩn hóa hay không. Dây chuyền sản xuất mô-đun nguồn cần đạt một số chứng nhận quốc tế như ISO9001, ISO14001, OHSAS18001, v.v., như thể hiện trong Hình 3 bên dưới.
Hình 3 Chứng nhận ISO
5. Mô-đun nguồn cách ly có được ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt như công nghiệp và ô tô hay không. Mô-đun nguồn không chỉ được ứng dụng trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt mà còn trong hệ thống quản lý BMS của xe năng lượng mới.
4,Tnhận thức về sức mạnh cô lập và sức mạnh phi cô lập
Trước hết, một sự hiểu lầm cần được giải thích: Nhiều người cho rằng nguồn điện không cách ly không tốt bằng nguồn điện cách ly, vì nguồn điện cách ly đắt tiền, nên chắc chắn là đắt.
Tại sao hiện nay mọi người lại nghĩ rằng sử dụng năng lượng cách ly tốt hơn là không cách ly? Thực ra, ý tưởng này đã tồn tại từ vài năm trước. Bởi vì tính ổn định của năng lượng cách ly trong những năm trước thực sự không có tính cách ly và tính ổn định, nhưng với sự cập nhật công nghệ R&D, năng lượng cách ly hiện đã rất hoàn thiện và ngày càng ổn định hơn. Nói về tính bảo mật, trên thực tế, năng lượng cách ly cũng rất an toàn. Chỉ cần thay đổi một chút về cấu trúc, nó vẫn an toàn cho cơ thể con người. Cũng vì lý do này, năng lượng cách ly cũng có thể vượt qua nhiều tiêu chuẩn bảo mật, chẳng hạn như: Ultuvsaace.
Trên thực tế, nguyên nhân gốc rễ gây ra hư hỏng cho bộ nguồn không cách ly là do điện áp tăng đột biến ở cả hai đầu của đường dây nguồn AC. Cũng có thể nói rằng sóng sét là xung điện. Điện áp này là điện áp cao tức thời ở cả hai đầu của đường dây điện AC, đôi khi lên tới ba nghìn vôn. Nhưng thời gian rất ngắn và năng lượng cực kỳ mạnh. Điều này sẽ xảy ra khi có sấm sét, hoặc trên cùng một đường dây AC, khi một tải lớn bị ngắt kết nối, vì quán tính dòng điện cũng sẽ xảy ra. Mạch BUCK cách ly sẽ ngay lập tức truyền đến đầu ra, làm hỏng vòng phát hiện dòng điện không đổi hoặc làm hỏng thêm chip, khiến 300V đi qua và làm cháy toàn bộ đèn. Đối với bộ nguồn chống xâm thực cách ly, MOS sẽ bị hỏng. Hiện tượng này là bộ lưu trữ, chip và các ống MOS bị cháy. Hiện nay, bộ nguồn do đèn LED điều khiển bị hỏng trong quá trình sử dụng và hơn 80% là hai hiện tượng tương tự này. Hơn nữa, bộ nguồn chuyển mạch nhỏ, ngay cả khi là bộ chuyển đổi nguồn, cũng thường bị hư hỏng do hiện tượng này, nguyên nhân là do sóng điện áp gây ra, và trong bộ nguồn LED, hiện tượng này càng phổ biến hơn. Nguyên nhân là do đặc tính tải của LED đặc biệt sợ sóng điện áp.
Theo lý thuyết chung, càng ít linh kiện trong mạch điện tử thì độ tin cậy càng cao, và độ tin cậy của bo mạch càng thấp thì độ tin cậy của linh kiện càng cao. Trên thực tế, mạch không cách ly kém hơn mạch cách ly. Tại sao độ tin cậy của mạch cách ly lại cao? Thực tế, không phải độ tin cậy cao, mà là do mạch không cách ly quá nhạy cảm với xung điện, khả năng ức chế kém, và mạch cách ly, bởi vì năng lượng đi vào máy biến áp trước, sau đó mới truyền đến tải LED từ máy biến áp. Mạch buck là một phần của nguồn điện đầu vào trực tiếp đến tải LED. Do đó, mạch không cách ly có khả năng gây hư hỏng xung điện rất cao trong việc triệt tiêu và suy giảm, do đó nó nhỏ. Trên thực tế, vấn đề không cách ly chủ yếu là do vấn đề xung điện. Hiện tại, vấn đề này chỉ có thể nhìn thấy đèn LED từ xác suất. Do đó, nhiều người vẫn chưa đề xuất được phương pháp phòng ngừa tốt. Nhiều người còn không biết điện áp sóng là gì, nhiều người. Đèn LED bị hỏng, và không thể tìm ra nguyên nhân. Cuối cùng, chỉ có một câu. Nguồn điện này không ổn định thì sẽ ổn định thôi. Cụ thể là không ổn định ở đâu thì anh ấy không biết.
Nguồn điện không cách ly có hiệu quả hơn, thứ hai là chi phí có lợi hơn.
Nguồn điện không cách ly phù hợp cho các trường hợp sau: Thứ nhất, đó là đèn trong nhà. Môi trường điện trong nhà này tốt hơn và ảnh hưởng của sóng điện từ cũng nhỏ hơn. Thứ hai, trường hợp sử dụng là điện áp và dòng điện nhỏ. Nguồn điện không cách ly không có ý nghĩa đối với dòng điện áp thấp, vì hiệu suất của điện áp thấp và dòng điện lớn không cao hơn nguồn điện cách ly, và chi phí cũng thấp hơn nhiều. Thứ ba, nguồn điện không cách ly được sử dụng trong môi trường tương đối ổn định. Tất nhiên, nếu có cách giải quyết vấn đề triệt tiêu xung điện, phạm vi ứng dụng của nguồn điện không cách ly sẽ được mở rộng đáng kể!
Do vấn đề sóng, không nên đánh giá thấp tỷ lệ hư hỏng. Thông thường, việc sửa chữa, bảo hiểm hư hỏng, chip và MOS trước tiên nên được xem xét. Để giảm tỷ lệ hư hỏng, cần cân nhắc các yếu tố xung điện khi thiết kế, hoặc tắt nguồn khi sử dụng, và cố gắng tránh xung điện. (Ví dụ như đèn trong nhà, hãy tắt đèn khi đang sử dụng).
Tóm lại, việc sử dụng nguồn cách ly và không cách ly thường là do vấn đề sóng dâng, và vấn đề sóng và môi trường điện có liên quan mật thiết với nhau. Do đó, nhiều khi việc sử dụng nguồn cách ly và nguồn không cách ly không thể tách rời nhau. Chi phí rất có lợi, vì vậy cần phải chọn nguồn không cách ly hoặc cách ly làm nguồn điều khiển đèn LED.
5. Tóm tắt
Bài viết này giới thiệu sự khác biệt giữa công suất cách ly và công suất không cách ly, cũng như ưu nhược điểm, điều kiện thích ứng và lựa chọn công suất cách ly. Hy vọng các kỹ sư có thể tham khảo bài viết này trong quá trình thiết kế sản phẩm. Sau khi sản phẩm gặp sự cố, hãy nhanh chóng xác định vấn đề.
Thời gian đăng: 08-07-2023
