Hệ thống phân phối hiện đại thường yêu cầu sự kết hợp phức tạp của các bộ chuyển đổi điện AC / DC và DC / DC cô lập và không cô lập.Các bộ chuyển đổi cách ly chủ yếu được sử dụng để bảo vệ hệ thống và người dùng trong trường hợp lỗi duy nhất hoặc nhiều lầnNó cũng cần thiết để cung cấp năng lượng cho các chức năng phụ cô lập để duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu.
Về nguyên tắc, sử dụng các IC tiên tiến có thể dễ dàng thiết kế các bộ chuyển đổi công suất thấp đến trung bình với công suất khoảng 1000 watt,và các thương lượng hiệu suất khác nhau có thể đạt được thông qua các kiến trúc khác nhauTuy nhiên, trong thực tế, việc phát triển và xác nhận các bộ chuyển đổi không hề đơn giản.bao gồm điện áp đầu ra và dòng điện, hiệu quả, phản ứng thoáng qua, kích thước vật lý và bảo vệ lỗi cho mạch, tải và nguồn điện.
Các thách thức thiết kế không chỉ giới hạn trong kiến thức cơ bản.hiệu suất ở các mức tải khác nhau, hiệu suất tắt, hiệu suất nhiệt, phát xạ nhiễu điện từ (EMI) và miễn dịch.mà sẽ tăng đáng kể thời gian thiết kếMột kế hoạch nghiên cứu và phát triển độc lập đơn giản có thể nhanh chóng dẫn đến những rủi ro cực kỳ cao.và bạn sẽ sớm thấy rằng khi nói đến việc lựa chọn giữa nghiên cứu và phát triển độc lập hoặc thuê ngoài, bạn sẽ nhanh chóng nghiêng về phía sau.
Nếu bạn vẫn còn nghi ngờ, bạn có thể xem xét rằng bộ chuyển đổi cũng phải có chức năng cách điện.một số bộ chuyển đổi DC / DC cũng yêu cầu cách ly điệnYêu cầu này giới thiệu các quy định mới, các tiêu chuẩn an toàn và chứng nhận bắt buộc, làm cho các quyết định của tự phát triển và thuê ngoài hơn nữa có xu hướng mua,bất kể các thông số kỹ thuật nguồn cung cấp điện.
Tin tốt là các bộ chuyển đổi năng lượng được gắn trên bảng mạch bị cô lập và không bị cô lập có nhiều điện áp và dòng cấp để lựa chọn.Các sản phẩm này đơn giản hóa thiết kế sản phẩm và triển khai trong các lĩnh vực ứng dụng như quốc phòng, thông tin liên lạc, thử nghiệm và đo lường (cô lập) và robot di động (không cô lập), và có thể được kết hợp để đạt được các chức năng phân phối điện.
Loại chuyển đổi này nhận ra cắm và chơi, có thể được cắm vào bảng mạch in chính (bảng PC), và vị trí cụ thể được tối ưu hóa cho đường ray phân phối.loại biến tần này không yêu cầu hỗ trợ hoặc hỗ trợ độc lậpNói một cách đơn giản, loại sản phẩm này có thể phục vụ như một giải pháp plug and play hoàn chỉnh, đóng kín mà trực tiếp đạt được chức năng năng lượng.
Kiến thức cơ bản về cách điện
Cách điện là một rào cản điện được sử dụng để ngăn chặn sự hình thành một đường dẫn ("Ohmic") giữa hai đầu của một tín hiệu hoặc đường dẫn điện.rào cản này vẫn cần cho phép năng lượng và điện được truyền qua các phương tiện truyền tải khác. Các tín hiệu, nguồn điện, hoặc cả hai cần phải được cô lập, nhưng nó phụ thuộc vào thiết kế. Công nghệ cô lập được sử dụng phụ thuộc vào các đặc điểm cụ thể của dòng điện cô lập.
Có rất nhiều lý do tại sao cách ly điện là cần thiết. Đối với tín hiệu, cách ly điện có thể cải thiện tính toàn vẹn của cảm biến, loại bỏ vòng nối đất,hoặc bảo vệ người dùng và mạch trong trường hợp lỗi, ngăn chặn dòng chảy vào đường tín hiệu.
Về nguồn cung cấp điện, mục đích chính là đảm bảo an toàn cho người sử dụng và ngăn ngừa sốc điện do tiếp xúc vô tình với dây AC hoặc các nguồn điện DC điện áp cao.Phân cách điện cũng đáp ứng yêu cầu về các mạch "đóng" được sử dụng cho các tín hiệu không phải là điện, nghĩa là không kết nối với mạch đất.
Nói chung, cách ly điện là một phương pháp xác định hướng dòng chảy dựa trên định luật dòng chảy của Kirchhoff (KCL).và chức năng của cách điện là cắt đứt con đường nàyTrong trường hợp xảy ra sốc điện, bộ biến áp cách ly trong nguồn cung cấp điện (Hình 1,phải) sẽ cắt hoàn toàn đường dẫn lỗi hiện tại thông qua người dùng và trở lại mặt đất (Hình 1, bên trái).
Hình 1: Để ngăn ngừa sốc điện, bộ biến áp cách ly (phải) trong nguồn cung cấp điện cắt đường dẫn dòng lỗi đi qua người dùng và quay trở lại mặt đất (trái).Lumen Learning)
Trong một kịch bản sốc điện phổ biến, khi lớp cách nhiệt bị mòn, dây điện hoạt động / sưởi ấm sẽ tiếp xúc trực tiếp với vỏ kim loại của thiết bị.Ngay cả khi thiết bị vẫn hoạt động bình thường, nếu kết nối nối đất / nối đất bị ngắt (đó là một tình huống phổ biến), dòng lỗi sẽ chảy qua người dùng đến mặt đất thay vì đi qua dây nối đất một cách an toàn,và người dùng có thể bị sốc điện tại thời điểm này.
Để kiểm soát rủi ro này, chức năng cô lập trong nguồn cung cấp điện sẽ cắt đường hiện tại giữa nguồn điện áp ban đầu và thiết bị.nó có thể ngăn chặn sự hình thành của một mạch giữa chúng, và ngay cả khi có một lỗi đường dây, nó có thể loại bỏ nguy cơ sốc điện.
Vui lòng lưu ý rằng điện áp rủi ro bao gồm điện áp đường dây AC và điện áp DC tương đương, chẳng hạn như điện áp của bộ pin đa lõi.Hầu hết các tiêu chuẩn quy định xác định điện áp nguy hiểm là điện áp trên 60 volt, tùy thuộc vào tình huống thực tế và loại điện áp.
Sự cô lập năng lượng hầu như luôn luôn đạt được thông qua nối từ của bộ biến đổi.độ tin cậy cao, dễ dàng tùy chỉnh, và có thể đồng thời đáp ứng các yêu cầu quy định và mạch.
Lý do để chọn nhiều giải pháp chất lượng cao
Do sử dụng nhiều đường ray điện trong các hệ thống hiện đại, có nhiều lựa chọn kiến trúc trong quy hoạch phân phối.khi một số phần của mạch phải được cô lập trong khi các phần khác không yêu cầu hoặc cấm cô lập, lựa chọn bộ chuyển đổi công suất phù hợp trở nên cực kỳ khó khăn.
Trong một số trường hợp, đường dây điện cao áp AC/DC hoặc DC/DC không yêu cầu cách ly, nhưng cách ly cần phải đạt được xa hơn trong đường dây phân phối.Các quyết định mà các nhà thiết kế phải đưa ra bao gồm:: liệu có nên sử dụng một nguồn cung cấp điện độc lập công suất lớn hoặc nhiều nguồn cung cấp điện độc lập công suất nhỏ;Và liệu có nên chỉ sử dụng các nguồn điện cô lập ở các vị trí cần thiết và các nguồn điện không cô lập ở các vị trí khác (Hình 2).
Hình 2: Một kiến trúc phân phối cấp hệ thống hoàn chỉnh thường yêu cầu sự kết hợp của các bộ chuyển đổi điện AC / DC và DC / DC cô lập và không cô lập. (nguồn hình: TDK Lambda)
Để đáp ứng các nhu cầu này, TDK Lambda cung cấp một loạt các bộ chuyển đổi điện AC / DC và DC / DC (buck / boost) biệt lập và không biệt lập,cung cấp nhiều tùy chọn điện áp định giá đầu vào / đầu ra và dòng điện định giáCụ thể, nó bao gồm:
Bộ chuyển đổi AC / DC cô lập: PFE500F-28/T là một đầu ra duy nhất, 28 volt/18 ampere (A) được sử dụng cho đầu vào dòng điện xoay từ 85 đến 265 volt (VAC).7 mm mô-đun gạch hoàn toàn đóng với khả năng cách ly 3000 volt VAC đầu vào và đầu ra, thích hợp cho môi trường mà không có khả năng đối lưu hoặc làm mát bằng không khí ép buộc.
Mô-đun không bị cô lập AC / DC: PF1500B-360 cũng có kích thước gạch đầy đủ và có thể chuyển đổi đầu vào AC thành đầu ra điều chỉnh 360 VDC.Nó phù hợp với các hệ thống điện phân tán được trang bị các bộ chuyển đổi DC/DC cao áp bị cô lập hoặc tải đòi hỏi nguồn điện cao áp. Ở điện áp đầu vào từ 170 đến 265 VAC, công suất định giá của nó là 1512 watt; Ở điện áp đầu vào từ 85 đến 265 VAC, công suất định giá là 1008 watt.98, với hiệu quả lên đến 96,5%.
DC / DC cô lập: GQA2W024A050V-007-R Bộ chuyển đổi DC / DC cô lập có kích thước nhỏ gọn, được đóng gói trong một phần tư gạch và có hiệu suất tuyệt vời.Nó có thể sản xuất 120 watt sức mạnh và có một đầu vào và đầu ra điện áp cô lập lên đến 3000 VDCPhạm vi điện áp đầu vào hoạt động của bộ chuyển đổi này là 9V đến 36V, và nó có thể phát ra dòng điện 5V ở 24A.đóng kín, và được đóng gói (xem hình 3), có thể được làm mát bằng cách đối lưu và dẫn thông qua các tấm lạnh bên ngoài hoặc tản nhiệt.
Hình 3: Bộ chuyển đổi GQA2W024A050V-007-R cung cấp nhiều tùy chọn cấu hình bao bì, cung cấp cho các nhà thiết kế sự linh hoạt cao trong thiết kế bao bì tổng thể và làm mát bộ chuyển đổi.TDK Lambda)
DC / DC không bị cô lập: I6A24014A033V-003-R Máy chuyển đổi DC / DC không bị cô lập điểm tải (PoL) là lý tưởng để tạo các đường ray điện áp đầu ra hiện tại cao từ 12 nguồn điện VDC hoặc 24 nguồn điện VDC.Phạm vi điện áp đầu vào của bộ chuyển đổi này là 9V đến 40V, với dòng điện đầu ra lên đến 14 A và phạm vi điều chỉnh đầu ra từ 3,3 V đến 24 V. Nó được đóng gói trong một thiết kế gạch 1/16 nhỏ gọn.