科普:隔离与非隔离电源的区别

一、电源隔离与非隔离的概念

电源的隔离与非隔离,主要是针对开关电源而言,业内比较通用的看法是:

1、隔离电源:电源的输入回路和输出回路之间没有直接的电气连接,输入和输出之间是绝缘的高阻态,没有电流回路;

2、非隔离电源:输入和输出之间有直接的电流回路,例如,输入和输出之间是共地的。

以BuckBoost及其隔离的版本反激电路为例,示意图如图1和图2所示。

图1 非隔离电源
图2 采用变压器的隔离电源
二、隔离电源与非隔离电源的优缺点

由上述概念可知,对于常用的电源拓扑而言,非隔离电源主要有:Buck、Boost、Buck-Boost等;而隔离电源主要有各种带隔离变压器的反激、正激、半桥、LLC等拓扑。当然隔离电源也可以把内部的地连起来,当非隔离来应用。

结合常用的隔离与非隔离电源,我们从直观上就可得出它们的一些优缺点,如表1和表2所示,两者的优缺点几乎是相反的。

表1 非隔离电源的优缺点
表2 隔离电源的优缺点

对于上述的优缺点,大部分我们都很好理解。对于电源发生异常后,电源隔离与否对负载的危害大小,我们以Buck和它对应的隔离电路即正激电路来简单分析,如下列图示。

图3 Buck电路
图4 Buck开关管击穿后的电能量走向
图5 正激电路
图6 正激电路的开关管击穿后示意

由图3和图4可知,对于Buck电路而言,若开关管击穿短路,由于没隔离,输入端较高的电压,直接通过电感作用在负载端,负载会因为过压烧毁。

由图5和图6可知,对于正激电路而言,同样开关管击穿短路,对负载而言,只是失去了供电的电源而断电,不会对负载本身造成其它影响。

三、隔离与非隔离电源的应用场合

通过了解隔离与非隔离电源的优缺点可知,它们各有优势,对于一些常用的嵌入式供电选择,我们已可做出准确的判断:

1、系统前级的电源,为提高抗干扰性能,保证可靠性,一般用隔离电源;

2、电路板内的IC或部分电路供电,从性价比和体积出发,优先选用非隔离的方案;

3、对安全有要求的场合,如需接市电的AC-DC,或医疗用的电源,为保证人身的安全,必须用隔离电源,有些场合还必须用加强隔离的电源;

4、对于远程工业通信的供电,为有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响,一般用隔离电源为每个通信节点单独供电;

5、对于采用电池供电,对续航力要求严苛的场合,采用非隔离供电。

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