电源方案选择：隔离还是非隔离好？

XJzy

[导读] 在给嵌入式系统设计电源电路，或选用成品电源模块时，要考虑的重要问题之一就是用隔离还是非隔离的电源方案。

在给嵌入式系统设计电源电路，或选用成品电源模块时，要考虑的重要问题之一就是用隔离还是非隔离的电源方案。在进行讨论之前，我们先了解下隔离与非隔离的概念，及两者的主要特点。

　　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

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。

　　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

　　优点缺点

　　转换效率高抗干扰能力较差

　　体积比较小不好实现输入、输出极性相同的升降压转换

　　成本比较低难以实现多路输出

　　容易设计安全性较低

　　--电源异常后，对负载的损害较大

　　--比较难实现很宽的输入电压范围

　　表2隔离电源的优缺点

　　优点缺点

　　抗干扰能力强转换效率较低

　　容易实现升降压转换体积比较大

　　容易实现多路输出成本比较贵

　　安全性较高设计的复杂度较大

　　电源异常后，对负载的损害较小--

　　容易实现很宽的输入电压范围--

　　对于上述的优缺点，大部分我们都很好理解，由于电源发生异常后，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，负载很可能因为过压烧毁。

　　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；

　　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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