隔離電源原理是什么
LED如今在電源市場上占據(jù)著一大塊的位置,其亮度高、低功耗、壽命長、啟動快,功率小、無頻閃、不容易產(chǎn)生視 覺疲勞等優(yōu)點(diǎn)使之成為受消費(fèi)者好評的重要因素。在電源行業(yè),LED的隔離和非隔離恐怕是最常聽到的兩個名詞
隔離電源:在一些實驗室或高要求場合,為了實驗人員的安全,一般將實驗的輸入電源采用1:1的工頻變壓器與市電進(jìn)行隔離,這樣一來,實驗室實驗人員無論碰到線路的哪一根線都不會有觸電的危險,因為隔離電源與大地是沒有連接的。
目前在一般的LED日光燈管照明市場上,存在非隔離設(shè)計和隔離型驅(qū)動電源之分。非隔離設(shè)計僅限于雙絕緣產(chǎn)品,例如燈泡的替代產(chǎn)品,其中LED和整個產(chǎn)品都集成并密封在非導(dǎo)電塑料中,因此,最終用戶并沒有任何觸電的危險。二級產(chǎn)品都是隔離型的,價格相對比較昂貴,但在用戶可以接觸到LED和輸出接線的地方(通常在LED照明和路燈照明應(yīng)用的情況下),這種產(chǎn)品必不可少。 帶隔離變壓器或者電氣隔離的LED驅(qū)動電源意味著LED可以直接用手接觸而不會觸電。而無隔離變壓器的LED驅(qū)動電源雖仍可以借助防護(hù)外殼實現(xiàn)部分機(jī)械絕緣,但此時的LED日光燈管在工作時并不能直接接觸。
隔離電源原理
最常見的就是1:1的變壓器!
使用中,用戶端的電壓與一次原端電壓是一樣的,但是你可以接觸用戶端一條線路,而不至于發(fā)生觸電。(注意了,抓兩條線是不允許的!那就會觸電了?。。?因為這個線與大地(原來的電源地)是沒有連接的,電壓可能很高,但卻是浮的,不能產(chǎn)生電流,故不會觸電。
其他的隔離電源,不論交流還是直流,原理均是如此。
DC-DC隔離電源主要通過調(diào)節(jié)輸出脈沖的頻率(調(diào)節(jié)脈沖的間歇時間)來使輸出電壓保持穩(wěn)定。其穩(wěn)壓過程的原理為:當(dāng)輸出電壓下降時,R4電壓、誤差、LT431輸出、光耦輸出電流、R1電壓均隨之降低。當(dāng)R1電壓小于1.5V基準(zhǔn)電壓時,在調(diào)制脈沖的正半周期,LX端輸出低電平 脈沖變壓器初極電流線性增大,D1反偏截止,此時次極無電流,脈沖變壓器開始儲存能量;而在調(diào)制脈沖的負(fù)半周,LX端輸出高電平,脈沖變壓器釋放能量,感應(yīng)電壓經(jīng)D1(正向?qū)ǎ┹敵鍪馆敵鲭妷荷仙亩馆敵鲭妷罕3址€(wěn)定。實際上,當(dāng)輸出電壓升高時,R4電阻上的電壓和誤差、LT431輸出到光耦的輸出電流、以及R1上的電壓均隨之升高,當(dāng)R1電壓大于1.5V基準(zhǔn)電壓時,在調(diào)制脈沖的負(fù)半周,LX端輸出高電平,脈沖變壓器不產(chǎn)生電壓。而此時負(fù)載消耗將使輸出電壓下降。從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。
兩者的區(qū)別又是什么?
主要從以下幾個方面:
安全性
隔離電源是使用變壓器將220V電壓通過變壓器將電壓降到較低的電壓,然后再整流成直流電輸出供電使用。因為變壓器的主線圈承受220V電壓,次級線圈只承受輸出的 低交流電壓,并且主次線圈之間并不直接連接,所以稱為隔離電源。變壓器的轉(zhuǎn)換過程是:電-磁-電,沒有和大地連接,所以不會發(fā)生觸電危險。
而非隔離電源是用220V直接輸入到電子電路,在通過電子元件降壓輸出,輸入輸出是通過電子元件直接連接的,所以稱非隔離電源;兩者從表面上看就是有無變壓 器的區(qū)別。LED非隔離設(shè)計僅限于雙絕緣產(chǎn)品,例如燈泡的替代產(chǎn)品,其中LED和整個產(chǎn)品都集成并密封在非導(dǎo)電塑料中,因此,最終用戶并沒有任何觸電的危險。二級產(chǎn)品都是隔離型的,價格相對比較昂貴。非隔離電路是輸入電源通過升降壓之后直接加在了LED負(fù)載上,有觸電危險存在。
所以要通過安規(guī)認(rèn)證,比如3C、UL、CE等,非隔離就麻煩,一般生產(chǎn)廠家沒有絕對的設(shè)計技術(shù)實力,一般不好通過。因為絕緣及爬電距離不夠,只能從燈具物理結(jié)構(gòu)設(shè)計了。燈管是可以接受的,也有全塑的,比如,通常LED和鋁散熱器之間的絕緣也就靠鋁基板的印製板的薄膜絕緣。雖然這個絕緣層可以耐2000V高壓,但有時螺絲孔的毛刺會產(chǎn)生所謂的爬電現(xiàn)象,使得難以通過CE認(rèn)證。
但作為完整的LED照明燈具產(chǎn)品,產(chǎn)品表面使用者能接觸到的部分一定要經(jīng)過隔離,不能讓人觸電。而從產(chǎn)品整個系統(tǒng)而言,隔離是不可避免的,區(qū)別只是設(shè)置隔離的位置不同。作為一個讓最終用戶能安全使用的產(chǎn)品,一定會考慮絕緣與隔離的可靠性。
注意:需要提醒的是,有些廠家為了節(jié)省成本,采用在主線圈上直接抽頭提取低電壓的辦法,這種辦法看似有變壓器,實際沒有次級線圈,不能算是隔離電源!

再從性能上說,隔離電源的優(yōu)點(diǎn)是:不會對人體造成威脅,寬電壓表現(xiàn)很好,非隔離的現(xiàn)在也很成熟,電壓范圍略比隔離的差些,電壓范圍在110V-300V之間;而隔離電源能做到60-300v。高低電流很均勻。隔離型驅(qū)動安全但效率較低,非隔離型驅(qū)動效率較高,應(yīng)按實際使用的要求來選隔離型還是非隔離型驅(qū)動。
從恒流精度上:隔離型可以做到±5%以內(nèi),而非隔離型則很難做到。
非隔離電路對于浪涌十分敏感,抑制能力差。雷擊浪涌,這種電壓是瞬間高壓,高達(dá)幾千伏,時間很短,能量極強(qiáng),這個電壓進(jìn)入電源,對于非隔離BUCK 電路,會瞬間傳達(dá)到輸出,擊壞恒流檢測環(huán),或是進(jìn)一步擊壞芯片,造成300v直通,而燒掉整條燈管。事實上就是指非隔離電源,在批量出貨時,返修率高于隔離LED驅(qū)動電源,大都是因為炸壞。而隔離電源炸壞的機(jī)率要小不少,非隔離的一般在2%至3%左右。
很多電網(wǎng)電壓不穩(wěn),隔離也會,現(xiàn)象也是芯片、MOS管、恒流環(huán)路全燒壞,但隔離相對少得多。
注意:所以非隔離防浪涌的壓敏電阻必不可少,沒有壓敏能質(zhì)保的都是浮云。
成本與效率
電子產(chǎn)品的成本不光是設(shè)計生產(chǎn)成本,批量大的產(chǎn)品也包括維修成本。就LED電源電路結(jié)構(gòu)而言,目前的隔離型方案多是AC/DC的反激式 (Flyback)電路方案,因此相對電路較復(fù)雜、成本較高。非隔離型基本是采用DC/DC的升壓(Boost)或降壓(Buck)電路,則相對電路較簡單,因而成本也相對較低。
非隔離由于少了變壓的能損耗,效率一般能達(dá)到90%以上,而且有更高的功率因素。而隔離一般能效在88%,視功率而定,所以隔離電源發(fā)熱也比較大。
非隔離電源在效率和成本上比隔離電源較有優(yōu)勢。隔離電源效率不易做高,處理不好的話熱量很大,成本也高,尤其是做那種內(nèi)置燈管的LED日光燈。但非隔離電源,因為對雷擊浪涌電壓抑制能力較差,大批量出貨時,就會遇到很多損壞。
相比隔離電源,非隔離電源主要是減少了變壓器,以最少的用料來設(shè)計架構(gòu),做到相同的產(chǎn)品功能,所以非隔離成本有較大的優(yōu)勢。這估計就是非隔離電源在中國很吃香的原因了。
注意:在低壓供電的LED燈具中,以效率和成本優(yōu)先的原則,其實非隔離型方案是最佳的選擇。
使用場合
用隔離的絕緣變壓器還是用隔離的防護(hù)燈罩外殼,通常需要從多方面去分析,例如成本與製造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規(guī)范的要求等。這兩種類型的設(shè)計都將會繼續(xù)使用,因為每個設(shè)計分別滿足了不同的市場需求。
從負(fù)載范圍說,一般來講隔離電源的輸出帶載范圍為30-42V,非隔離帶載范圍可以為30-84V。眾多LED廠家在選擇電源的時候為了整體的適應(yīng)性都要求 電源能夠適應(yīng)全電壓90-265V輸入,帶載范圍也要求高達(dá)84V,這樣的選擇是存在一定風(fēng)險和隱患的。90V輸入的時候電源可能喪失恒流功能,THD這 些。 非隔離適合做高壓小電流,做大電流成本并不比隔離的便宜。
非隔離電源適合的場合:首先是室內(nèi)的燈具,這種室內(nèi)用電環(huán)境較好,浪涌影響 小,草帽和貼片LED,使用的場合是高壓小電流。低壓大電流用非隔離沒有意義,因為低壓大電流非隔離的效率并不比隔離的高,成本也低不到多少去,不太適合集 中式照明,何謂集中照明,即在同一條AC線上點(diǎn)上幾百只燈具,這時因為一條線上燈具太多,此條線上電壓環(huán)境較臟,所以擊壞燈具的機(jī)率變大,故非隔離電源做 的LED燈具。
從產(chǎn)品整個系統(tǒng)而言,隔離是不可避免的,區(qū)別只是設(shè)置隔離的位置不同。有些設(shè)計者採用隔離的變壓器設(shè)計,因此他們可以簡化散熱和燈罩的設(shè)計(散熱的設(shè)計怎么簡化?。扛綦x的效率低熱量就大啊,只是簡化燈具隔離設(shè)計吧?)。如果用非隔離的驅(qū)動設(shè)計,在燈殼等結(jié)構(gòu)上就必須考慮可靠的絕緣要求。
注意:作為電源驅(qū)動,隔離與非隔離的方案一直都同時存在。
緣于上述幾點(diǎn),這兩種架構(gòu)的電源各有優(yōu)勢,非隔離電源側(cè)重于較高的功率因數(shù)及效率,減少了能源的損耗;而隔離電源重視生命的安全和日光燈整體的使用安全性,在功率因數(shù)及效率方面略遜于非隔離電源,不同場合和不同使用環(huán)境,不同的電源類型沒有硬性規(guī)定。