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    如何確定合適的隔離解決方案 四種主要的隔離類型分析

    2020年05月25日 15:14 ? 次閱讀

    盡管您可能已清楚地知道什么是隔離,但您仍然可能會對隔離的各種類型有疑問。在本篇技術文章中,我將定義四種主要的隔離類型,并解釋工程師如何從TI新的全集成變壓器技術中獲益,這種技術與其他增強型隔離解決方案相比,具有多種優勢。

    簡單地說,隔離可在傳輸所需信號和/或電源的同時,阻止系統不同部件之間的異常直流和交流電流。設計人員將在許多應用中采用隔離技術來為電源或電機驅動電路中的高壓側柵極驅動器供電,保護高壓系統中的低壓電路(如電動汽車系統中的處理器),分離具有不同電壓電位的系統之間的通信,或防止高壓設備終端用戶觸電。存在許多不同級別的隔離,包括功能隔離、基礎隔離、雙隔離和增強隔離。

    功能隔離,顧名思義,僅提供功能。它以一個電勢將一個信號或電源從一個電勢的系統傳遞到另一個電壓不同的系統。它并不能防止觸電。

    下一個是基礎隔離。它是一種功能隔離,但增加了觸電保護。I類設備使用功能隔離和接地連接來保護用戶。圖1所示為典型的I類設備。

    雙隔離采用具有基本隔離(基礎級觸電保護)的系統,并在電氣部件和最終用戶之間添加了輔助絕緣層,以在基本隔離失效時降低觸電的可能性。II類產品需要雙隔離。這些產品配有不帶接地插腳的交流插頭,這提高了產品的安全性,因為它不依賴外部接線來保證用戶的安全。具有雙隔離的終端設備示例包括電網資產監控系統、便攜式醫療設備(如靜脈注射泵)和電氣設備(如攪拌機或手機充電電源)。

    圖1:典型的I類設備

    第二層將內部金屬部件(可能帶電)與外部外殼物理隔離,或使用非導電的外部外殼,如塑料。與I類設備相比,II類設備確實具有一定的安全性,因為它們不依賴外部接線來提供冗余保護。圖2所示為典型的II類設備。

    增強型隔離與使用單層的雙隔離效果相同。帶有增強型隔離的設備提供基本隔離;此外,它用來確保印刷電路板跡線、磁芯、繞組、引腳等之間的物理隔離,同時滿足安全蠕變和間隙距離(指兩個電壓系統之間的物理距離)。增強設備采用雙隔離設計,但只能作為一個單件進行測試。

    安全標準定義了認證必須達到的值。例如,國際電工委員會(IEC)60950-1要求基礎隔離的蠕變/間隙距離為3.2 mm,增強型隔離和雙隔離的蠕變/間隙距離為6.4 mm?;A隔離的額定電壓要求為2,500 VRMS(1分鐘)和3,000 VRMS(1秒);增強型隔離和雙隔離的額定電壓要求為5000 VRMS(1分鐘)和6,000 VRMS(1秒)。你可以看到增強/雙隔離正好是 - 基礎隔離的兩倍。如圖3所示,雙隔離設備標示在帶雙盒標志的標簽上。

    圖2:典型的II類設備

    一旦您決定構建II類設備,您將需要雙隔離或增強型隔離。為什么選擇這一類型,而不選其他類型?答案在于解決方案的尺寸和成本。正如您想象的那樣,如果一臺設備能完成兩臺設備的工作,就能產生尺寸更小的解決方案。您不僅可以通過集成到單個設備,還可以通過減少滿足隔離安全標準所需的工作量來節約成本。

    全集成、增強的隔離解決方案采用小包裝,并且易于實施。與其他解決方案相比,這種設備有多種好處。例如, 德州儀器 UCC12050 將所有的控制器、驅動器,場效應晶體管磁性元件集成到單個封裝中。您只需將設備放置在帶有一些旁路電容器電路板上,并按照正確的電路板布局說明進行操作,即可設計出一個增強型隔離解決方案,從而可以在超小的占用空間內偏置電源應用。所有的工程工作已經完成:無磁性元件設計,無電源控制器選擇。

    如德國電氣工程師協會 (VDE) 0884-10和國際電工委員會 (IEC) 60747-17等標準為增強型隔離設備認證提供了最低要求。 UCC12050 滿足增強型隔離的所有要求,最小隔離保護為7 kVPK(1秒,經生產測試)和5 kVRMS(1分鐘)。

    總而言之,功能和基礎隔離將一個電壓軌與另一個電壓軌電氣隔離,而雙隔離和增強型隔離為相同的設計目標提供可互換的解決方案 - 從插頭上拔下接地管腳。

    增強型隔離通過將兩個絕緣設備減少到1個來提供比雙隔離更好的優勢。與其他隔離式偏置電源解決方案相比,它是您的系統中節省時間、精力、空間和成本的理想選擇。

    II類設備由一個雙線插頭和電源上的指示燈表示。

    圖3:雙隔離標志

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