Kiedy potrzebujesz zasilania izolowanego?
W wielu zastosowaniach zasilacz przekształca napięcie sieciowe AC na niższe napięcie DC dostosowane do konkretnego zastosowania. Jeśli to konieczne, można wykorzystać dalsze konwertery DC/DC do dostarczania niższych lub wyższych napięć z jednego źródła DC, zgodnie z wymaganiami systemu w trakcie budowy. W trakcie normalnej pracy użytkownik nie powinien być narażony na niebezpieczne napięcia. Jednak jeśli wystąpi skok lub przejście na wejściu sieciowym, istnieje znaczne ryzyko, że wysokie napięcia mogą zostać przekazane do części aplikacji, do których użytkownik może dotknąć. Aby zapewnić ochronę w takich warunkach, środki izolacji zasilania zapewniają bezpieczeństwo użytkownika końcowego.
Jakie zastosowania definiują bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące izolacji?
Zastosowania medyczne są jedną z kilku rynków, w których izolacja dla zasilaczy jest definiowana w bardziej szczegółowy sposób. Pacjenci mogą być trwale podłączeni do monitorujących urządzeń, z elektrodami elektrycznymi przymocowanymi do ich ciał. Ponadto mogą być nieprzytomni i niezdolni do samodzielnego radzenia sobie z incydentem. Takie czujniki są określane jako części przyłożone (AP) i są jednym z kilku kluczowych pojęć zdefiniowanych w normie IEC 60601, która definiuje wymagania dla systemów elektrycznych i elektronicznych w medycynie.
Wymaga się Środków Ochrony (MOP), które mogą obejmować bezpieczną izolację, odstępy skoku, szczeliny powietrzne, ochronne uziemienie i inne techniki. Wymagania te mają na celu ochronę zarówno pacjenta (Środki Ochrony Pacjenta, MOPP), jak i operatora (Środki Ochrony Operatora, MOOP).
Używanie odpowiedniego konwertera DC/DC w celu uzyskania ochrony 2 × MOPP w sprzęcie medycznym to jedno z rozwiązań stosowanych w sprzęcie medycznym, jednak, alternatywnie, zastosowanie zasilania AC/DC Traco Power o klasie izolacji 2 × MOPP również spełnia wymagania.
Izolacja nie dotyczy wyłącznie bezpieczeństwa.
Czasami zasilania izolowane są używane do rozwiązywania problemów wynikających z pętli uziemienia w systemach przemysłowych lub audio/wideo lub do poprawy kompatybilności elektromagnetycznej (EMC). Są również wykorzystywane w systemach fotowoltaicznych (PV), rozwiązaniach magazynowania energii (ESS), urządzeniach gospodarstwa domowego oraz zastosowaniach audio/wideo (AV) i IT. Niektórzy inżynierowie używają ich również do generowania przesuniętych napięć odniesienia za pomocą konwertera DC/DC.
Jak jest implementowana izolacja w takich zasilaczach?
Korzystając z komponentu izolacji galwanicznej, zasilacze izolowane mogą zapewnić, że nie przepływa prąd z obwodu wejściowego do obwodu wyjściowego. Zazwyczaj osiąga się to za pomocą odpowiednio określonego transformatora wraz z innymi komponentami, takimi jak optoizolatory. Jest to stosunkowo proste w przypadku zasilaczy AC/DC, ponieważ transformatory są standardowym komponentem. Jednak konwertery zasilania DC/DC zazwyczaj wymagają przejścia na inną topologię, która zapewnia przerwę galwaniczną między obwodami wejściowym i wyjściowym.
Typowe zasilanie izolowane AC/DC wykorzystuje optoizolatory do przekazywania stanu strony wtórnej do strony pierwotnej.
Jakie są wady izolowanych przetwornic DC/DC?
Podstawowym wyzwaniem w rozwoju izolowanego przetwornika DC/DC jest jego większa złożoność w porównaniu do konstrukcji nieizolowanej. Ma to wpływ na wszystko, od czasu rozwoju i wyboru komponentów po wagę i wydajność, co skutkuje wzrostem ceny.
W przetwornikach AC/DC strony wtórna i pierwotna muszą współdzielić informacje operacyjne, takie jak obciążenie, a także powiadamiać o jakichkolwiek awariach obwodu lub stanach zwarcia. Taką informację zwykle przekazuje się za pomocą optoizolatora.
Dla przetwornic DC/DC izolację zapewnia transformator. W przeciwieństwie do gotowych cewek indukcyjnych stosowanych w przetworniku nieizolowanym, ten komponent jest prawdopodobnie specjalnie zaprojektowany do danego zastosowania. To dodaje kosztu i może wymagać lutowania ręcznego podczas produkcji. Transformatory są również masywne, co skutkuje większym i cięższym urządzeniem końcowym o równoważnym poziomie dostarczania energii. Optoizolator może również być używany między stronami wtórną i pierwotną w celu poprawy regulacji i wydajności. Jednak dostępne są inne podejścia, takie jak użycie trzeciego uzwojenia transformatora.
Izolowane przetwornice DC/DC - konieczność w wielu zastosowaniach
Chociaż produkcja transformatorów nadal się poprawia, a topologie projektowe ewoluują, izolowane zasilacze DC/DC nadal nie dorównują swoim odpowiednikom pod względem wydajności, regulacji i innych kryteriów wydajności. Na przykład przetworniki DC/DC bez izolacji mogą osiągnąć sprawność od 90% do 99%, podczas gdy przetworniki DC/DC z izolacją zazwyczaj znajdują się w zakresie od 85% do 95%. Dlatego warto dokładnie rozważyć, czy wymagane jest zasilanie izolowane, ze względu na jego większe rozmiary, ciężar i cenę. Izolowane źródła zasilania mogą pomóc rozwiązać problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi (EMI), pętlami uziemienia i generowaniem napięć odniesienia. Jednak w niektórych zastosowaniach, takich jak medycyna, gdzie ochrona przed niebezpiecznymi napięciami chroni użytkowników i operatorów przed szkodami, ich stosowanie jest obowiązkowe.
Szukasz przetwornic medycznych od TRACO POWER? Znajdziesz je na naszej stronie - tutaj.
