隔离电源设计4大经验

电源是电子系统的心脏，工业应用中，为系统前级或接口供电的电源一般都要求有高的抗干扰性能，各种隔离型的模块电源模块应运而生。你或许知道隔离电源的设计方案，但你真的能够设计出一款稳定的电源吗？本文为你揭秘。

一、电源模块为何需要隔离

1、保护人员避免受到物理和电气伤害

电源的隔离耐压在GB-4943国标中又叫抗电强度，这个GB-4943标准就是我们常说的信息类设备的安全标准，就是为了防止人员受到物理和电气伤害的国家标准，其中包括避免人受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。如下图1为隔离电源结构图。尤其是前级超出人体安全电压的直流DC-DC模块电源，如137.5VDC的铁路应用模块电源、光伏应用的1200VDC模块电源产品等，没有进行隔离的话，可能就会直接物理和电气伤害。在医疗行业，对电源的隔离要求更高，一般都要求是加强绝缘隔离，隔离越高漏电流越小，几个毫安的漏电流就可以夺走一个病人的生命。

图1GB-4943标准

2、保护后级负载设备和系统

隔离型电源输入与输出隔离分开，在电源产品出现异常时，可对后级负载设备和系统的保护作用，避免其受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。常有看到遭受雷击浪涌、瞬间高压冲击损坏的电源产品，电路板上一大片面积的元器件被炸飞碳化掉，其实很多器件是被高压强压直接的串扰和辐射伤害到了，避免高压强压对后级弱电的伤害，隔离起到非常好的作用。

图2后级负载损坏

3、提高共模干扰抑制性能和抗干扰能力

隔离型电源去除隔离电路之间的接地环路，可切断共模、浪涌等干扰信号的传播路径，有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响，能提高共模干扰抑制性能和抗干扰能力，利于对干扰信号比较敏感的后级系统使用及集成，像仪器仪表、数据采集仪、嵌入式系统等高精度高要求的产品或系统，已被越来越广泛的应用，在对于远程工业通信的供电上，一般都用隔离电源为每个通信节点单独供电。同时也具有更高的安全性和可靠性，尤其是EMC特性的传导骚扰、辐射骚扰和ESD静电放电等性能上也更好一些，且在系统中可轻松完成输出接线，而不与主接地发生冲突。

二、如何实现电源隔离

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。

图4光耦隔离方案

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5原边反馈采样方案

三、自主搭建VS模块方案

目前有部分工程师在设计产品时，电源的方案选择会有这么一种想法，会认为不就那几个物料，都知道物料型号，并且都知道它们的单价，电源模块的价格相对于物料的成本显得较为昂贵，这部分用户想通过分立器件自行搭建，下面就让我从几点给你讲解，为什么要选择采购电源模块产品使用。

1、方案选择

在产品性能需求稍微明了之后，那接下来就是开始设计开发了，首先要做的就是电路方案的选取了，下面为大家列举一些比较常见的反面教材。

比如设计开发一个市电交流输入转直流输出的，很多人的第一时间就想到采用工频变换电路方案，因为此方案比较简单，一个工频变压器，再加上个整流滤波就可以搞定，如下图6所示。使用此方案的产品的效率非常低，并且产品的体积会非常之大，在应用中还伴随着让人非常闹心的工频涡流声。而模块方案选用合适的变压器，并且多重工序层层保证变压器的产品一致性，保证产品最终性能。

图6变压器方案对比

2、物料选型及pCB设计

电路方案确定之后，接下来就需要进行产品性能参数的设计，要对电路方案中的电子元器件进行参数设计、计算与结构物料选型，在这个环节必须从多方面进行权衡。

其一，物料的选型。在专业的模块电源厂商就可以做到兼得，会根据产品的不同规格需求，不同的应用条件，舍掉无需的物料规格，选择最优的所需物料规格。

其二，电源模块的pCB的设计。因为模块电源产品有模块电源的pCB设计规范要求，它要考虑散热设计、EMC设计、干扰设计和生产工艺设计等等，涉及的内容非产多，所以pCB设计在模块电源产品开发过程中是作为最重要的环节之一来对待的，如图7所示。

图7pCB设计要求

3、可靠性测试

产品开发完成之后，并不能直接应用，为保证产品在实际应用中发挥最优性能，通常需要进行输入输出的每个性能测试、容差测试、瞬态条件测试、可靠性测试、EMC电磁兼容测试、高低温测试、极限测试、寿命测试、安规测试等测试，标准如下表1所示。，且很多性能指标的测试还要深入细化到多点测试、长时间的测试、重复反复测试和批量的测试，所以测试一个产品或一个项目，短则半个多月，多则一个月以上。致远电子拥有全套的测试设备及测试流程，如下表2所示。

表1可靠性测试标准

表2测试设备

4、行业应用电路设计经验

话说得好隔行如隔山，虽然电源是极其通用的产品，但各行各业对于电源的需求有着千百种形态，要想制作出符合自身行业应用的电源产品，这对于DIY用户难度的确不小。致远电子深耕电源模块多年，自03年第一款隔离DC-DC电源模块面世以来，得到了广大用户的青睐与认可，迄今已为诸多电子行业用户提供了不同需求的电源隔离解决方案，例如公交pOS机车载电源，如下图8所示；BMS全套系统解决方案，可提供电源及信号全套隔离方案，如下图8所示。

图8公交pOS机车载电源

图9BMS电源及信号隔离解决方案

四、总结

ZLG致远电子自主研发、生产的隔离电源模块，具有宽输入电压范围，隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC多个系列，封装形式多样，兼容国际标准的SIp、DIp等封装，也可根据项目的特殊情况，提供量体裁衣的定制服务，为客户定制特色功能、特别封装的隔离电源。致远电源模块以其效率高、输入电压范围宽、体积小、可靠性高、耐冲击、隔离特性好，温度范围宽等特性，适用于做板级的供电电源，广泛应用于电力、工业自动化、通讯、医疗、交通、楼宇自动化、仪器仪表和汽车电子等众多领域。

技术专区世强与镍氢电池日本占有率第一的FDK株式会社达成代理协议全球电池材料市场预计从2018年的435亿美元增长到2023年的657.8亿美近日，上汽集团正式启动了乘用车宁德锂电产业基地项目建设隔离电源设计4大经验Bourns今日宣布利用全面扩充微型可复位热熔断器（TCO）器件系列