隔离电源与非隔离式电源

开关电源

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前言

在产品设计时，倘若没有考虑应用环境对电源隔离的要求，产品到了应用时就会出现因设计方案的不当导致的系统不稳定，甚至出现高压损坏后级负载的情况，以及出现危害人身财产安全的情况。因此产品设计是否需要隔离至关重要。

“某公司员工在手机充电时打电话被电死”的新闻在网上引起广泛关注。充电器也能能危害生命？专家分析手机充电器内部变压器漏电，220VAC的交流电漏电到直流端，并通过数据线传导到了手机金属壳上，最终导致触电身亡，发生无可挽回的悲剧。

那么手机充电器输出端为什么会带有220V的交流电呢？隔离电源的选型要注意哪些事项？如何区分电源是隔离与非隔离？

我们先来看他们之间的区别

一、它们之间的区别是什么？

市场上隔离电源模块与非隔离电源模块的区别
1.安全性

DC-DC隔离电源模块是指隔离电源是使用变压器将各种不同电压（如：48VDC，24VDC，12VDC等）通过变压器将电压降到所需要的电压，然后作为负载供电使用。

DC-DC非隔离电源模块是将各种不同电压直接引入到电子电路，再通过电子元件进行升降压输出，输入输出是通过电子元件直接连接的，中间并没有经过变压器等带隔离性的器件，所以称非隔离电源模块。

考虑到用户的安全使用产品以及用户和市场的需求，一般都会考虑系统的绝缘以及隔离的可靠性。相比之下，DC-DC隔离电源模块相比非隔离电源模块安全性更高一些。

2.效率

非隔离电源模块由于少了变压的磁电转换所损失的能量，所以效率一般较高，行业中大多电源厂家的非隔离电源模块的效率都能达到91%以上。相比之下，DC-DC隔离电源模块一般效率都在88%以下，所以DC-DC隔离电源模块发热相对来说会比非隔离电源模块的大。

3.成本与体积

非隔离电源模块由于不需要采用变压器进行输入输出之间的电气隔离，所以相比DC-DC隔离电源模块，同样的输出功率，同样的输出性能（如输出精度，负载效应，动态响应等），非隔离电源模块所需要的体积更小，成本更低，设计难度相对较小。如果说设计上可以考虑输入输出之间不隔离，相比DC-DC隔离电源模块，采用非隔离电源模块来进行设计那可以说是工程师的首选。

4.带载范围

DC-DC隔离电源模块的输出带载范围小于非隔离电源模块带载范围。

一般来讲DC-DC隔离电源模块的输出带载范围为30-42V，非隔离电源模块带载范围可以为30-84V。众多厂家在选择电源的时候为了整体的适应性都要求电源能够适应全电压90-265V输入，带载范围也要求高达84V,这样的选择是存在一定风险和隐患的。90V输入的时候电源可能丧失恒流功能，总谐波失真这些非隔离适合做高压小电流，做大电流成本并不比隔离的便宜。

二、如何区分它们呢？

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。以隔离的反激电路和非隔离的BUCK电路为例

三、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。

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，两者的优缺点几乎是相反的。

使用隔离或非隔离的电源，需了解实际项目对电源的需求是怎样的，但在此之前，可了解下隔离和非隔离电源的主要差别：

①隔离模块的可靠性高，但成本高，效率差点。

②非隔离模块的结构很简单，成本低，效率高，安全性能差。

因此，在如下几个场合，建议用隔离电源：

①涉及可能触电的场合，如从电网取电，转成低压直流的场合，需用隔离的AC-DC电源；

②串行通信总线通过RS-232、RS-485和控制器局域网(CAN)等物理网络传送数据，这些相互连接的系统每个都配备有自己的电源，而且各系统之间往往间隔较远，因此，我们通常需要隔离电源进行电气隔离来确保系统的物理安全，且通过隔离切断接地回路，来保护系统免受瞬态高电压冲击，同时减少信号失真；

③对外的I/O端口，为保证系统的可靠运行，也建议对I/O端口做电源隔离。

四、隔离电源与非隔离电源的选择

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，我们已可做成准确的判断：

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。

总结

很多人认为非隔离电源不如隔离电源好，因为隔离电源贵，所以肯定贵的就好。
为什么现在大家的印象当中用隔离电源比用非隔离的要好，其实不然，这种想法都是停留在几年前的想法当中。因为前几年非隔离的稳定性确实没有隔离稳定，但随着研发技术的更新，现如今非隔离已经非常成熟，日渐稳定。说到安全性，其实现在非隔离电源也是很安全的，只要在结构稍微做下改动，对人体还是很安全的，同样的道理，非隔离电源也是可以过很多安规标准，例如:ULTUVSAACE等。
实际上非隔离电源损坏的根源就是电源AC线两端的浪涌电压所致，也可以这么说，雷击浪涌吧，这种电压是加在电压AC线两端的瞬间高压，有时高达三千伏，但时间很短，能量却极强，在打雷时会发生，或是在同一条AC线上，当一个大的负载断开瞬间，因为电流惯性的原因也会发生，这个电压进入电源，对于非隔离BUCK电路，会瞬间传达到输出，击坏恒流检测环，或是进一步击坏芯片，造成300v直通，而烧掉整条灯管。对于隔离反激电源，会击坏MOS,现象就是保管，芯片，MOS管全烧坏。现在LED驱动电源，在使用过程中坏的，80%以上都是这两种类似现象。而且，小型开关电源，就算是电源适配器，也经常损坏的是这个现象，均是浪涌电压所致，而在LED电源里，表现的更加普遍，这是因为LED的负载特性是特别的怕浪涌电压的。
如果按照一般的理论来讲，电子电路里，元器件越少，可靠性越高，相应越多的元件的电路板可靠性则越低。实际上非隔离电路的元件是比隔离电路要少的，为什么隔离电路可靠性高。其实说白了，不是什么可靠性，而是非隔离电路对于浪涌太敏感，抑制能力差，隔离电路，因为能量是先进入变压器，然后从变压器再输送到LED负载的。BUCK电路是输入电源一部分直接加在了LED负载上，故前者对浪涌抑制和衰减能力强，所以浪涌来时损坏的机率小而已。实际上，不隔离电源的问题主要是在于浪涌问题，目前这个问题，因为只有LED灯具在大批量应用时，从概率上才能看出其解决的程度，所以很多人没有提出好的防治办法，更多的人则是不知道浪涌电压为何物，很多人。LED灯具坏了，也找不到原因，最后只能一句，什么此电源不稳定就了结了，具体哪里不稳定，他不知道。
非隔离电源一是效率，二是成本上比较有优势。
非隔离电源适合的场合：首先，是室内的灯具，这种室内用电环境较好，浪涌影响小。第二，使用的场合是高压小电流，低压大电流用非隔离没有意义，因为低压大电流非隔离的效率并不比隔离的高，成本也低不到多少去。三，电压相对较稳定的环境中使用非隔离电源。当然，如果有办法解决掉抑制浪涌的问题，那么非隔离电源的应用范围将大大拓宽！
隔离电源因为浪涌的问题，损坏率也不可小觑，一般那种返修回来，击坏保险，芯片，MOS的第一个应该想到是浪涌问题。为了减少损坏率，在设计时就行要考虑到浪涌的因素进去，或是在使用时要告戒用户，尽量避免浪涌发生。（如室内灯具，打雷时暂时先关掉）

综合所述，使用隔离与非隔离很多时候都是因为浪涌这个问题，而浪涌问题和用电环境是息息相关的，所以很多时候使用隔离电源和非隔离电源不能一刀切，非隔离电源在节能，成本上都是很有优势的，所以要科学的选用非隔离还是隔离作为LED驱动电源。