Der Unterschied zwischen isolierten und nicht isolierten Stromversorgungen

Isolierung

Isolierung im Zusammenhang mit DC/DC-Wandlern bezieht sich auf galvanische Trennung, was bedeutet, dass zwischen zwei Teilen des Schaltkreises kein metallischer/direkter Leitungspfad besteht. Die Isolierung stellt immer eine Barriere zwischen der Eingangsstufe und der Ausgangsstufe dar und kann für die Funktionalität, Sicherheit oder beides des Schaltkreises erforderlich sein. Der Umwandlungsprozess des Transformators ist: elektrisch-magnetisch-elektrisch, nicht mit der Erde verbunden, daher besteht keine Gefahr eines Stromschlags.

Warum eine isolierte Stromversorgung verwenden?

Isolierte Stromversorgungen sind ein wichtiger Bestandteil der Steuerung der Übertragung großer Energiemengen und der Herstellung von Elektronik, die für den menschlichen Kontakt sicher ist. Sie können eine isolierte Stromversorgung für Folgendes verwenden:

Vereinfachung von Design und Nutzung: Viele Geräte wie Computer und Fernseher haben empfindliche Komponenten, die von einem kontrollierteren Energiefluss profitieren. Obwohl sie mehr Komponenten erfordern, können isolierte Stromversorgungen Designern und Ingenieuren helfen, diese Anforderungen an kontrollierte Ströme leicht zu erfüllen. Sie können auch die Nutzung des Endprodukts vereinfachen, da keine speziellen Schulungsanforderungen erforderlich sind.

Einhaltung von Sicherheitsvorschriften und -normen: Regierungs- und Industrieorganisationen – wie die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC), die Internationale Organisation für Normung (ISO) und Underwriters Laboratories (UL) – verlangen häufig eine Isolierung für bestimmte Produkte. Diese Vorschriften können je nach Risiko und Produkttyp bestimmte Arten oder Grade der Isolierung vorschreiben.

Erdschleifen unterbrechen: Erdschleifen entstehen, wenn zwei Geräte über unterschiedliche Wege miteinander und mit der Erde verbunden sind. Sie können den Stromfluss unterbrechen und Rauschen oder Störungen verursachen. Isolierung kann diese Schleifen unterbrechen und wird häufig bei Schaltkreisen verwendet, die empfindlich auf Rauschen reagieren.

Erstellen eines schwebenden Ausgangs: Schwebende Ausgänge sind nicht geerdet und verweisen nicht auf einen anderen Ausgang. Viele Produkte verwenden schwebende Ausgänge aus Sicherheitsgründen. Andere, wie z. B. Flugzeuge, benötigen schwebende Ausgänge, da eine Erdung nicht möglich ist. Indem ein Anschluss mit einem anderen Schaltungsknoten verbunden wird, um ihn auf diese Spannung zu fixieren, können schwebende Ausgänge den Ausgang auch entlang der Schaltung invertieren oder verschieben.

 

Nicht isoliert

Im Allgemeinen sind nicht isolierte Konverter weniger flexibel im Einsatz als ihre isolierten Gegenstücke. Der Hauptunterschied besteht darin, dass ein nicht isolierter Konverter keinen Transformator hat und keine physische Trennung zwischen Eingang und Ausgang erfordert, was sie normalerweise kleiner und leichter macht. Es verbessert auch die Effizienz, da keine Transformatorverluste berücksichtigt werden müssen. Diese Reduzierung der Stückliste bedeutet, dass nicht isolierte Konverter tendenziell kostengünstiger sind. Der nicht isolierte Schaltkreis wird direkt zur LED-Last hinzugefügt, nachdem die Eingangsleistung über den Buck-Boost angelegt wurde, und es besteht die Gefahr eines Stromschlags.

Warum eine nicht isolierte Stromversorgung verwenden?

Obwohl ihnen die Sicherheitsfunktionen einer isolierten Stromversorgung fehlen, bieten nicht isolierte Stromversorgungen andere Vorteile, wie Geschwindigkeits- und Designvorteile. Wenn sie in der Nähe der Last auf der Platine montiert werden, können sie als Point-of-Load-Stromversorgungen bezeichnet werden, die dazu beitragen, hohe Eingangsspannungen auf niedrigere zu reduzieren. Die Platzierung einer nicht isolierten Stromversorgung hinter einer isolierten Stromversorgung kann dazu beitragen, einige Sicherheitsbedenken auszuräumen.

Da sie nicht die zusätzlichen Komponenten einer isolierten Versorgung benötigen, bieten nicht isolierte Einheiten Folgendes:

Kompaktere Designs: Nicht isolierte Systeme benötigen keine Komponenten wie Transformatoren und Optokoppler, sodass Entwickler kleinere Netzteile herstellen können. Sie können bei beengten Platzverhältnissen erforderlich sein. Nicht isolierte Netzteile bieten außerdem tendenziell höhere Schaltfrequenzen, wodurch einige Teile wie Kondensatoren und magnetische Komponenten kleiner werden können, was die Größe des Geräts weiter reduziert.

Kosteneinsparungen: Ohne diese zusätzlichen Komponenten kann ein nicht isoliertes Netzteil günstiger sein. Ein wesentlicher Grund für die niedrigeren Kosten ist der Austausch eines Transformators gegen eine Induktivität. Transformatoren müssen oft speziell angefertigt werden, während Induktivitäten einfacher von der Stange zu kaufen sind. Ein hoher Grad an Isolierung kann auch die Kosten eines isolierten Netzteils erhöhen, was bei nicht isolierten Einheiten nicht erforderlich ist.

Effizienterer Betrieb: Nicht isolierte Netzteile haben auch einen Effizienzvorteil. Das Fehlen von Isolationsbarrieren ermöglicht eine direkte Steuerung und Überwachung des Ausgangs, was eine bessere Leistung und Regelung ermöglicht. Außerdem können nicht isolierte Netzteile aufgrund ihrer geringeren Größe näher an der Last platziert werden, was dazu beiträgt, negative Auswirkungen auf die Übertragungsleitung zu minimieren.

Zusammenfassung

Die Isolierung ist bei Stromversorgungslösungen eine äußerst nützliche Funktion, da sie einen sicheren Betrieb gewährleistet, Rauschen/Masseschleifen reduziert und Flexibilität bei der Konfiguration der Spannungsschienen zueinander ermöglicht.

Wo jedoch nicht isolierte Konverter eingesetzt werden können, profitieren Entwickler von der geringeren Größe, der höheren Leistungsdichte, der besseren Effizienz und den geringeren Kosten.

Auch isolierte Treiber sind zwar teurer und weniger effizient, dafür aber sicherer und zuverlässiger. Deshalb verwendet Jroming in seinen Lampen immer isolierte Treiber.