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非隔離電源你所不知道的優(yōu)勢

電子工程師 ? 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 2018-02-16 09:27 ? 次閱讀

你是不是認為所有工業(yè)現(xiàn)場系統(tǒng)的電源都應(yīng)該使用隔離方案來提高可靠性呢?那你可能就走進了電源使用的誤區(qū)了,或許非隔離電源方案更適合你,這里將為你一一揭曉。

對電源進行隔離的初衷是為了將電源的前級設(shè)備與后級設(shè)備隔離開來,即使是前級設(shè)備出了問題也不會損壞后級設(shè)備。但在工作環(huán)境良好或整個系統(tǒng)的地是共用的場合中使用隔離電源的意義就并不大了,此時可以就使用非隔離電源,其電路拓撲更簡單,體積更小,效率極高并且具備短路保護、欠壓保護等功能。以下是容易被大家小看的高性能電源方案。

一、非隔離BUCK電源拓撲優(yōu)勢

首先,非隔離Buck拓撲電路器件少,電路簡單。如下圖1所示,控制器通過控制Buck電路的開關(guān)MOSFET管T1并讓它工作在截止或飽和區(qū)來使輸入輸出達到伏秒平衡,從而得到我們所期望的輸出電壓。

其次,其相較于隔離電源轉(zhuǎn)換效率更高。由于少了變壓器的能量傳遞損耗,與使晶體管工作在放大區(qū)的傳統(tǒng)LDO三端穩(wěn)壓器比起來損耗更低,如下圖2所示,兩者裸機大小差不多,但LDO線性電源由于效率低需要加散熱片,而非隔離BUCK電源可直接用電路中無需散熱片。

圖1 經(jīng)典Buck拓撲電路

圖2 傳統(tǒng)LDO穩(wěn)壓(左)與BUCK穩(wěn)壓(右)

二、集成Buck降壓轉(zhuǎn)換芯片

你可能會疑問,非隔離Buck電源為什么能夠有這樣的優(yōu)勢呢?

非隔離Buck電源之所以能有這樣的優(yōu)勢,(是由于使用了高集成的Buck芯片)是由于使用了集成Buck降壓轉(zhuǎn)換芯片,該芯片以Buck拓撲為框架將各種保護電路嵌入芯片內(nèi),使得Buck降壓電源模塊更加安全可靠。下圖3為某品牌的小體積降壓轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部電路框圖,其尺寸長寬僅為3mm x 2mm,具有短路保護、過熱關(guān)斷保護、欠壓保護等功能,電路環(huán)路采用電壓、電流雙環(huán)控制,使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好,擁有不錯的電壓調(diào)整率與負載調(diào)整率,并且該類IC為了提高輕載效率,在輕載時自動進入調(diào)頻模式,通過降低開關(guān)頻率及損耗來提高輕載效率。

圖3 集成Buck電源轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部框圖

三、Buck非隔離降壓模塊性能與可靠性

采用集成Buck降壓轉(zhuǎn)換芯片為方案的非隔離電源模塊不僅體積更小,且各項性能較優(yōu)越。在Buck的設(shè)計中除了考慮基本的性能參數(shù),還需要考慮什么呢?

以廣州致遠電子公司自主研發(fā)的型號為E7815OS-500的非隔離降壓開板式電源模塊為例,該型號的基本參數(shù)如下表1所示。各項參數(shù)均為行業(yè)領(lǐng)先水平,且在10%負載下的轉(zhuǎn)換效率更是高達91%。

除了基本參數(shù),我們更多需要考慮的是它的可靠性。我們都知道,電子設(shè)備的可靠性及使用壽命與其模塊中電子器件的溫度、電壓應(yīng)力、電流應(yīng)力及所處的環(huán)境溫度有關(guān)。模塊中關(guān)鍵電子器件工作的環(huán)境越惡劣,電子器件的工作溫度越高可靠性與壽命就越低,一般器件的最大工作結(jié)溫為150℃,工作結(jié)溫的降額越充足,則器件的可靠性就越高。

如下表2所示為該電源模塊在常溫25℃下,從低壓19V到高壓36V各關(guān)鍵電子器件的溫度熱成像圖片,從圖中可以看出該模塊的關(guān)鍵器件表面最高溫度不超過80℃,經(jīng)過理論計算其內(nèi)部結(jié)溫不超過100℃,可保證模塊的可靠性。

表2 關(guān)鍵器件溫度

如下表3所示為集成IC內(nèi)部MOSFET與外部續(xù)流二極管在常溫25℃下的實測電壓應(yīng)力及電流應(yīng)力,其電壓、電流應(yīng)力留有一定裕量保證模塊可靠性。

表3 關(guān)鍵器件電壓、電流應(yīng)力

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