電源是電子系統(tǒng)的心臟，工業(yè)應(yīng)用中，為系統(tǒng)前級(jí)或接口供電的電源一般都要求有高的抗干擾性能，各種隔離型的模塊電源模塊應(yīng)運(yùn)而生。你或許知道隔離電源的設(shè)計(jì)方案，但你真的能夠設(shè)計(jì)出一款穩(wěn)定的電源嗎？本文為你揭秘。

一、電源模塊為何需要隔離

1、保護(hù)人員避免受到物理和電氣傷害

電源的隔離耐壓在GB-4943國(guó)標(biāo)中又叫抗電強(qiáng)度，這個(gè)GB-4943標(biāo)準(zhǔn)就是我們常說(shuō)的信息類設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)，就是為了防止人員受到物理和電氣傷害的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其中包括避免人受到電擊傷害、物理傷害、爆炸等傷害。如下圖1為隔離電源結(jié)構(gòu)圖。尤其是前級(jí)超出人體安全電壓的直流DC-DC模塊電源，如137.5VDC的鐵路應(yīng)用模塊電源、光伏應(yīng)用的1200VDC模塊電源產(chǎn)品等，沒(méi)有進(jìn)行隔離的話，可能就會(huì)直接物理和電氣傷害。在醫(yī)療行業(yè)，對(duì)電源的隔離要求更高，一般都要求是加強(qiáng)絕緣隔離，隔離越高漏電流越小，幾個(gè)毫安的漏電流就可以?shī)Z走一個(gè)病人的生命。

圖1  GB-4943標(biāo)準(zhǔn)

2、保護(hù)后級(jí)負(fù)載設(shè)備和系統(tǒng)

隔離型電源輸入與輸出隔離分開(kāi)，在電源產(chǎn)品出現(xiàn)異常時(shí)，可對(duì)后級(jí)負(fù)載設(shè)備和系統(tǒng)的保護(hù)作用，避免其受到電擊傷害、物理傷害、爆炸等傷害。常有看到遭受雷擊浪涌、瞬間高壓沖擊損壞的電源產(chǎn)品，電路板上一大片面積的元器件被炸飛碳化掉，其實(shí)很多器件是被高壓強(qiáng)壓直接的串?dāng)_和輻射傷害到了，避免高壓強(qiáng)壓對(duì)后級(jí)弱電的傷害，隔離起到非常好的作用。

圖2  后級(jí)負(fù)載損壞

3、提高共模干擾抑制性能和抗干擾能力

隔離型電源去除隔離電路之間的接地環(huán)路，可切斷共模、浪涌等干擾信號(hào)的傳播路徑，有效降低地電勢(shì)差和導(dǎo)線耦合干擾的影響，能提高共模干擾抑制性能和抗干擾能力，利于對(duì)干擾信號(hào)比較敏感的后級(jí)系統(tǒng)使用及集成，像儀器儀表、數(shù)據(jù)采集儀、嵌入式系統(tǒng)等高精度高要求的產(chǎn)品或系統(tǒng)，已被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在對(duì)于遠(yuǎn)程工業(yè)通信的供電上，一般都用隔離電源為每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)單獨(dú)供電。同時(shí)也具有更高的安全性和可靠性，尤其是EMC特性的傳導(dǎo)騷擾、輻射騷擾和ESD靜電放電等性能上也更好一些，且在系統(tǒng)中可輕松完成輸出接線，而不與主接地發(fā)生沖突。

圖3  儀器儀表

二、如何實(shí)現(xiàn)電源隔離

目前業(yè)界電源隔離方案主要有兩種：一種是使用變壓器磁隔離+光耦光電隔離組合實(shí)現(xiàn)初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)之間的電氣隔離。這種方式，電路簡(jiǎn)單成熟普遍，較容易實(shí)現(xiàn)，能實(shí)現(xiàn)高輸出電壓精度、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率性能，滿足目前電子產(chǎn)品的高性能要求。

圖4  光耦隔離方案

另一種是只用變壓器磁隔離的方案，這種變壓器磁隔離原邊反饋采樣方式，對(duì)變壓器的一致性要求比較高，且輸出電壓精度、線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率性能比較差。其實(shí)行業(yè)內(nèi)也有人研究過(guò)采用壓電陶瓷隔離，全新技術(shù)，性能很難達(dá)到前面兩種方式，且儀器設(shè)備投入成本非常高，就基本沒(méi)有再被研究推廣使用。

圖5  原邊反饋采樣方案