電源模塊中隔離電壓3000VDC的作用

2020-04-02 12:56:00

隨著嵌入式行業的快速發展，在各種行業應用中電源要求也越來越高，為保證系統的穩定性，隔離電源應運而生。但隔離電源中關鍵指標——隔離電壓指的是什么？與爬電距離有什么關系？
微電子行業的高速發展，產品使用場合的電磁環境也越來越復雜，產品的穩定性也受到很大的影響。嵌入式產品的生產公司對產品加入各種隔離器件或隔離電路來減少工作現場的干擾，增強設備穩定性。
電源作為嵌入式設備能源供給部分，是產品穩定工作的前提。電源的隔離尤為重要，電源隔離模塊的應用也成為嵌入式設備設計的必備品。
在工業設備中，要求兩個設備之間的電源隔離，采用帶變壓器的直流變換器，將兩個電源之間隔開，使他們相互獨立，從而減少外界干擾！
一、隔離電源的隔離耐壓和爬電距離介紹
隔離耐壓指的是兩個沒有直接電氣連接的系統所能承受的最高絕緣電壓。

電源隔離使用場合不同，對應的參數選擇也不用。如：AD-DC 電源隔離，一般的工業場合要求隔離耐壓在 3000VAC 到 4000VAC；DC-DC 電源隔離一般工業場合要求 1000VDC 到 2000VDC，特殊行業可能會高，醫療行業有要求 6000VDC。
首先區別一下各項電壓指標的單位，常見的又 ADC、VAC 和 RMS
VAC/VDC 分別指交流電壓與直流電壓，但隔離耐壓中交流與直流不能簡單的進行換算，例如，3000VAC 的幅值電壓有 4242V，但在實際應用中隔離耐壓 3000VAC 與 4242VDC 并不等效。具體原因包括兩點，其一，對于隔離模塊，輸入輸出之間是存在隔離電容，對于直流信號，電容的阻抗無限大，因此隔離電容的大小對于直流信號沒有太大的影響，而對于交流信號就會有較大的影響，表現在漏電流會變大，或者直接超標，系統報警。第二，AC 與 DC 的另一個區別在于頻率會影響絕緣介質的介電常數，頻率會導致絕緣介質的介電常數降低，通常介電常數越高，絕緣能力越強。
RMS 是指真有效值，簡單而言即代表交流電相當于直流電在單位時間內所做的功。也就是真有效值為 10V 的交流電與 10V 的直流電對相同的負載在相同的時間下所做的功相同。該單位通常不作為隔離耐壓的計量單位。
2、隔離電源爬電距離介紹
如何保證隔離耐壓的穩定性和安全性，保證隔離電源模塊不被擊穿，我們就要計算爬電距離。兩個導電部件之間,或一個導電部件與設備及易接觸表面之間沿絕緣材料表面測量的最短空間距離沿絕緣表面放電的距離即泄漏距離也稱爬電距離，爬電距里=表面距離 / 系統最高電壓，根據污穢程度不同。
在 IEC60950、GB4943-2011 標準中，規定了不同電壓等級需要的最小安全距離，而安全距離又包括電氣間距和爬電距離兩種。對于開關電源主要需要保證最小安全距離的地方有以下兩個方面：
l一次側電路對外殼（保護地）的安全距離；
l一次側電路對二次側電路之間的安全距離。
二、隔離電源的應用
嵌入式產品的應用場合各種干擾都會對產品的穩定性帶來威脅，在產品設計階段，選擇好的隔離電源模塊和隔離通信模塊，能有效的屏蔽使用環境帶來的干擾，對產品的穩定工作帶來保障。

我們經常會在媒體上看見一些手機充電爆炸，手機充電時觸電的新聞報道。隔離電源模塊能夠很好的保證產品的穩定工作，更重要的是保護使用者的生命和財產安全。
隔離電源目前使用有兩種方式，器件分立搭建與采用 DC-DC 電源模塊
1、方案選擇
在產品性能需求稍微明了之后，那接下來就是開始設計開發了，首先要做的就是電路方案的選取了比如設計開發一個市電交流輸入轉直流輸出的，很多人的第一時間就想到采用工頻變換電路方案，因為此方案比較簡單，一個工頻變壓器，再加上個整流濾波就可以搞定，使用此方案的產品的效率非常低，并且產品的體積會非常之大，在應用中還伴隨著讓人非常鬧心的工頻渦流聲。而模塊方案選用合適的變壓器，并且多重工序層層保證變壓器的產品一致性，保證產品最終性能。
2、物料選型及 PCB 設計
電路方案確定之后，接下來就需要進行產品性能參數的設計，要對電路方案中的電子元器件進行參數設計、計算與結構物料選型，在這個環節必須從多方面進行權衡。
其一，物料的選型。在專業的模塊電源廠商就可以做到兼得，會根據產品的不同規格需求，不同的應用條件，舍掉無需的物料規格，選擇最優的所需物料規格。
其二，電源模塊的 PCB 的設計。因為模塊電源產品有模塊電源的 PCB 設計規范要求，它要考慮散熱設計、EMC 設計、干擾設計和生產工藝設計等等，涉及的內容非常多，所以 PCB 設計在模塊電源產品開發過程中是作為最重要的環節之一來對待的。
卓軒電子隔離 DC-DC 電源可為用戶系統提供穩定、可靠的驅動電壓，并有效解決靜電、浪涌所導致的供電不穩問題，是板內數據采集、通訊等子系統供電的理想方案。隔離電壓等級覆蓋 1000VDC-6000VDC，滿足所有工況需求。
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