¿Cuál es la diferencia entre un convertidor de potencia aislado y un convertidor de potencia no-aislado?

DC-DCconvertidor de potenciaestán ganando una aplicación cada vez más generalizada en campos como las telecomunicaciones, las redes, el control industrial, los ferrocarriles y los sistemas militares debido a su tamaño compacto, rendimiento excepcional y diseño{0}}fácil de usar. Muchos diseñadores técnicos han reconocido que la selección e implementación adecuadas de estos módulos pueden eliminar las complejidades asociadas con el diseño y la depuración de la fuente de alimentación. Este enfoque permite a los ingenieros centrar su experiencia en sus dominios profesionales principales, lo que no sólo mejora la confiabilidad general del sistema y la calidad del diseño sino, lo que es más importante, acorta significativamente todo el ciclo de desarrollo del producto.

Fuente de alimentación aislada: No existe una conexión eléctrica directa entre el circuito de entrada y el circuito de salida de la fuente de alimentación. La entrada y la salida están en un estado aislado de alta-impedancia sin bucle de corriente. Las fuentes de alimentación aisladas suelen utilizar transformadores para lograr el aislamiento eléctrico, con energía transferida a través del transformador y señales transmitidas a través de un opto-acoplador.

Fuente de alimentación no-aislada:Hay un bucle de corriente continua entre la entrada y la salida, por ejemplo, donde la entrada y la salida comparten una base común. Las topologías comunes, como Buck, Boost y Buck-Boost, pertenecen todas a fuentes de alimentación no-aisladas.

Seguridad

La seguridad representa la distinción más importante entre fuentes de alimentación aisladas y no-aisladas:

Seguridad de la fuente de alimentación aislada:Al contar con una barrera de aislamiento eléctrico, evita cualquier conexión eléctrica entre los circuitos de entrada y salida, eliminando así el riesgo de descarga eléctrica accidental. Cuando ocurren fallas ambientales o de carga, las fuentes de alimentación aisladas protegen eficazmente tanto la seguridad personal como la integridad del equipo. Incluso si el transistor de conmutación sufre una avería y un cortocircuito-, la carga simplemente pierde el suministro de energía sin sufrir daños adicionales.

Riesgos de suministro de energía no-aislados:La ausencia de aislamiento eléctrico entre entrada y salida introduce ciertos riesgos de seguridad. Si se producen fallas en el extremo de entrada o de salida, pueden provocar problemas eléctricos en todo el circuito, lo que aumenta los riesgos de descarga eléctrica e incendio. En los circuitos Buck, por ejemplo, si el transistor de conmutación falla y se produce un cortocircuito-, el voltaje de entrada más alto puede afectar directamente al terminal de carga a través del inductor, lo que probablemente provoque que la carga se queme debido a un sobrevoltaje.

 Comparación de características de rendimiento

Fiabilidad

Los convertidores de potencia aislados suelen ofrecer una mayor confiabilidad, debido a su estructura de circuito inherente y sus mecanismos de protección integrales.

Por ejemplo, el típico convertidor de energía aislado-en forma de bloque proporciona múltiples funciones de protección, incluida protección contra subtensión de entrada, sobrecorriente de salida, sobretensión, sobretemperatura y protección contra cortocircuitos-.

Las fuentes de alimentación no-aisladas tienen estructuras simples, bajo costo y alta eficiencia, pero un desempeño de seguridad deficiente.

Ocasiones que priorizan las fuentes de alimentación aisladas

Fuente de alimentación-frontal del sistema:Para mejorar-el rendimiento antiinterferencias y garantizar la confiabilidad, generalmente se utilizan fuentes de alimentación aisladas.

Situaciones que involucran seguridad personal:Como CA-CC conectado a la red eléctrica o a fuentes de alimentación médicas. Para garantizar la seguridad personal, se deben utilizar fuentes de alimentación aisladas y, en algunos casos, se requieren fuentes de alimentación aisladas reforzadas.

Comunicación Industrial Remota:Para reducir eficazmente el impacto de las diferencias de potencial de tierra y la interferencia del acoplamiento de cables, generalmente se utilizan fuentes de alimentación aisladas para alimentar de forma independiente cada nodo de comunicación.

Puertos de E/S externos:Para garantizar un funcionamiento confiable del sistema, también se recomienda el aislamiento de energía para los puertos de E/S.

Ocasiones que dan prioridad a fuentes de alimentación no-aisladas

IC o fuente de alimentación de circuito parcial en placas de circuito:Por consideraciones de rentabilidad y volumen-, se prefieren soluciones no-aisladas.

Aplicaciones que funcionan con batería-:Para escenarios-alimentados por batería con estrictos requisitos de resistencia, se adoptan fuentes de alimentación no-aisladas.

Voltaje de funcionamiento inferior a 36 V y en entornos favorables de consumo de energía.

Soluciones de aplicaciones híbridas

En muchas aplicaciones prácticas, las fuentes de alimentación aisladas y no-aisladas se utilizan juntas: fuentes de alimentación aisladas para circuitos-de entrada y fuentes de alimentación no-aisladas para circuitos de alimentación de etapa-posteriores.

Esta solución garantiza tanto la capacidad anti-interferencia como la seguridad del front-sistema del sistema, al mismo tiempo que considera la eficiencia y la utilización del espacio del circuito de la etapa trasera-.

Alta densidad de potencia:Por ejemplo, la fuente de alimentación de módulo de bloque completo- de alto rendimiento-110S24 ZAD600-110S24 lanzada por Aipu Electronics alcanza una potencia de salida de 600 W en un tamaño de bloque completo estándar con una eficiencia de hasta el 91 %.

Alto rendimiento de aislamiento:El voltaje de aislamiento de entrada-salida del convertidor de potencia aislado de ladrillo-de alta-calidad-normalmente alcanza los 3000 VCA, con un voltaje de aislamiento de entrada-de hasta 2100 VCA.

Amplio rango de temperatura de funcionamiento:Los módulos de alta-calidad pueden funcionar en un rango de -40 grados a +105 grados, adecuados para entornos industriales hostiles.

Funciones de protección integral:Incluye protección contra subtensión de entrada, sobrecorriente de salida, sobretensión, sobretemperatura, protección contra cortocircuitos-, etc.

Al seleccionar un convertidor de potencia aislado, preste atención a los siguientes puntos:

Confirme los requisitos de voltaje soportado de aislamiento:Generalmente, los requisitos de voltaje de aislamiento para las fuentes de alimentación de módulos no son muy altos en aplicaciones normales, pero un voltaje de aislamiento más alto garantiza una corriente de fuga más pequeña, mayor seguridad y confiabilidad, y mejores características EMC. El nivel de voltaje de aislamiento estándar actual de la industria está por encima de 1500 VCC.

Evaluar pruebas integrales de confiabilidad:El convertidor de potencia debe someterse a pruebas de rendimiento, pruebas de tolerancia, pruebas de condiciones transitorias, pruebas de confiabilidad, pruebas de compatibilidad electromagnética EMC, pruebas de temperatura alta y baja, pruebas de límites, pruebas de vida útil, pruebas de normas de seguridad, etc.

Considere los estándares de producción en fábrica:Las líneas de producción de módulos de potencia deben pasar múltiples certificaciones internacionales como ISO9001, ISO14001, etc.

Verificar la adaptabilidad del entorno de la aplicación:Asegúrese de que el módulo de potencia tenga casos de aplicación exitosos en entornos hostiles, como aplicaciones industriales y automotrices.