"중국 남방항공 승무원 23세 여성이 아이폰5 충전 중 통화를 하던 중 감전사했다"는 소식이 온라인에서 큰 화제를 모았습니다. 충전기가 생명을 위협할 수 있을까요? 전문가들은 휴대폰 충전기 내부의 변압기 누설, 220VAC 교류 전류가 직류단으로 누설되어 데이터 라인을 통해 휴대폰 금속 케이스로 전달되어 결국 감전으로 이어지는 돌이킬 수 없는 참사를 초래한다고 분석했습니다.
그렇다면 휴대폰 충전기 출력이 220V AC인 이유는 무엇일까요? 절연 전원 공급 장치를 선택할 때 주의해야 할 점은 무엇일까요? 절연 전원 공급 장치와 비절연 전원 공급 장치를 어떻게 구분할까요? 업계의 일반적인 견해는 다음과 같습니다.
1. 절연 전원 공급 장치: 전원 공급 장치의 입력 루프와 출력 루프 사이에는 직접적인 전기적 연결이 없으며, 그림 1에서 볼 수 있듯이 입력과 출력은 전류 루프 없이 절연된 고저항 상태에 있습니다.
2, 비절연 전원 공급 장치:입력과 출력 사이에 직류 루프가 있는 경우, 입력과 출력이 공통입니다. 그림 2와 같이 절연 플라이백 회로와 비절연 벅 회로를 예로 들어 보겠습니다. 그림 1 변압기가 있는 절연 전원 공급 장치
1.절연형 전원공급장치와 비절연형 전원공급장치의 장단점
위의 개념에 따르면 일반적인 전원 공급 토폴로지의 경우 비절연 전원 공급 장치에는 주로 Buck, Boost, Buck-Boost 등이 포함됩니다. 절연 전원 공급 장치에는 주로 절연 변압기를 사용하는 다양한 플라이백, 포워드, 하프 브리지, LLC 및 기타 토폴로지가 있습니다.
일반적으로 사용되는 절연형 및 비절연형 전원 공급 장치를 결합하면 직관적으로 각각의 장단점을 알 수 있으며, 두 가지의 장단점은 거의 반대입니다.
격리된 전원 공급 장치나 격리되지 않은 전원 공급 장치를 사용하려면 실제 프로젝트에 전원 공급 장치가 어떻게 필요한지 이해해야 하지만, 그 전에 격리된 전원 공급 장치와 격리되지 않은 전원 공급 장치의 주요 차이점을 이해해야 합니다.
① 격리모듈은 신뢰성은 높으나, 비용이 높고 효율이 낮다.
②비격리 모듈의 구조는 매우 간단하고, 비용이 저렴하고, 효율성은 높지만 안전 성능은 낮습니다.
따라서 다음과 같은 경우에는 분리된 전원 공급 장치를 사용하는 것이 좋습니다.
① 감전의 위험이 있는 경우, 예를 들어 전력망에서 저전압 DC로 전기를 공급하는 경우에는 절연된 AC-DC 전원 공급 장치를 사용해야 합니다.
② 직렬 통신 버스는 RS-232, RS-485, 컨트롤러 근거리 통신망(CAN)과 같은 물리적 네트워크를 통해 데이터를 전송합니다. 이렇게 상호 연결된 각 시스템에는 자체 전원 공급 장치가 장착되어 있으며, 시스템 간의 거리는 매우 먼 경우가 많습니다. 따라서 시스템의 물리적 보안을 보장하기 위해 일반적으로 전원 공급 장치를 전기적으로 절연해야 합니다. 접지 루프를 절연하고 차단함으로써 시스템은 과도 고전압 충격으로부터 보호되고 신호 왜곡이 감소합니다.
③ 외부 I/O 포트의 경우, 시스템의 안정적인 작동을 보장하기 위해 I/O 포트의 전원 공급을 분리하는 것이 좋습니다.
요약된 표는 표 1에 나타나 있으며, 두 가지의 장단점은 거의 반대입니다.
표 1 절연형 및 비절연형 전원 공급 장치의 장단점
2. 절연 전원과 비절연 전원의 선택
격리형 및 비격리형 전원 공급 장치의 장단점을 이해함으로써 각각 고유한 장점이 있으며, 몇 가지 일반적인 내장형 전원 공급 장치 옵션에 대해 정확한 판단을 내릴 수 있었습니다.
① 시스템의 전원 공급은 일반적으로 항간섭 성능을 향상시키고 신뢰성을 확보하는 데 사용됩니다.
② 회로기판 내의 IC 또는 회로 일부에 전원을 공급할 때는 비용 효율성과 양적 측면에서 비절연 방식을 우선적으로 사용합니다.
③ 보안을 위한 안전 요건으로, 시 전력의 교류-직류 연결이나 의료용 전원을 연결해야 하는 경우, 인명 안전을 위해 반드시 해당 전원을 사용해야 합니다. 경우에 따라서는 절연 강화를 위해 해당 전원을 사용해야 합니다.
④ 원격 산업통신의 전원공급은 지리적 차이와 전선 결합 간섭의 영향을 효과적으로 줄이기 위해 일반적으로 각 통신 노드에만 전원을 공급하는 별도의 전원공급 방식을 사용합니다.
⑤ 배터리 전원 공급을 사용할 경우, 엄격한 배터리 수명을 위해 비절연 전원 공급을 사용합니다.
절연 및 비절연 전원의 장단점을 이해하면 각 전원 공급 장치마다 고유한 장점이 있습니다. 일반적으로 사용되는 몇 가지 내장형 전원 공급 장치 설계의 경우, 선택 사례를 간략하게 요약해 보겠습니다.
1.I절연 전원 공급 장치
항간섭 성능을 개선하고 신뢰성을 확보하기 위해 일반적으로 절연을 사용합니다.
보안에 대한 안전 요구 사항으로, 시정 전기의 AC-DC 또는 의료용 전원 공급 장치, 백색 가전 제품에 연결해야 하는 경우 사람의 안전을 보장하기 위해 원래 피드백 AC-DC의 경우 MPS MP020과 같은 1 ~ 10W 응용 분야에 적합한 전원을 사용해야 합니다.
원격 산업 통신의 전원 공급은 지리적 차이와 전선 결합 간섭의 영향을 효과적으로 줄이기 위해 일반적으로 각 통신 노드에만 전원을 공급하는 별도의 전원 공급 방식을 사용합니다.
2. 비절연 전원 공급 장치
IC 또는 회로 기판 내의 일부 회로는 가격 비율과 양에 따라 구동되며 비절연 솔루션이 선호됩니다. 예를 들어 MPS MP150/157/MP174 시리즈 벅 비절연 AC-DC는 1~5W에 적합합니다.
작동 전압이 36V 이하인 경우 배터리를 사용하여 전원을 공급하며 내구성에 대한 요구 사항이 엄격하므로 MPS의 MP2451/MPQ2451과 같은 비절연 전원 공급 장치가 선호됩니다.
절연 전원과 비절연 전원 공급의 장단점
절연 및 비절연 전원 공급 장치의 장단점을 이해하면 각기 다른 장점을 갖게 됩니다. 일반적으로 사용되는 일부 내장형 전원 공급 장치 선택에 대해 다음과 같은 판단 조건을 따를 수 있습니다.
안전 요구 사항으로 인해 시정 전기의 AC-DC 또는 의료용 전원에 연결해야 하는 경우 사람의 안전을 보장하기 위해 전원 공급 장치를 사용해야 하며, 경우에 따라 절연 전원 공급 장치를 강화해야 합니다.
일반적으로 모듈 전원 절연 전압에 대한 요구 사항은 그리 높지 않지만, 절연 전압이 높을수록 모듈 전원 공급 장치의 누설 전류가 줄어들고 보안 및 신뢰성이 높아지며 EMC 특성도 향상됩니다. 따라서 일반적인 절연 전압 수준은 1500VDC 이상입니다.
3, 절연 전원 모듈 선정 시 주의사항
전원 공급 장치의 절연 저항은 GB-4943 국가 표준에서 대전 강도라고도 합니다. 이 GB-4943 표준은 우리가 흔히 말하는 정보 장비의 보안 표준으로, 사람이 감전, 물리적 손상, 폭발 등으로 인한 손상을 방지하는 것을 포함한 국가 표준입니다. 아래 그림은 절연 전원 공급 장치의 구조도입니다.
절연 전력 구조도
모듈 전력의 중요한 지표로서, 절연 및 내압 시험 방법의 기준 또한 표준에 명시되어 있습니다. 일반적으로 단순 시험에는 등전위 접속 시험이 사용됩니다. 접속 회로도는 다음과 같습니다.
절연 저항의 중요 다이어그램
테스트 방법:
전압 저항의 전압을 지정된 전압 저항 값으로 설정하고, 전류는 지정된 누설 값으로 설정하고, 시간은 지정된 테스트 시간 값으로 설정합니다.
작동 압력계는 테스트를 시작하고 가압을 시작합니다. 규정된 테스트 시간 동안 모듈은 패턴이 없고 플라이 아크가 없어야 합니다.
반복적인 용접과 전원 모듈의 손상을 방지하기 위해, 용접 전원 모듈은 테스트 시점에 선택해야 한다는 점에 유의하세요.
또한, 다음 사항에 주의하세요.
1. AC-DC인지, DC-DC인지 주의하세요.
2. 절연 전원 모듈의 절연 상태. 예를 들어, 1000V DC가 절연 요구 사항을 충족하는지 여부입니다.
3. 절연 전력 모듈에 대한 종합적인 신뢰성 시험이 수행되었는지 여부. 전력 모듈은 성능 시험, 내성 시험, 과도 조건 시험, 신뢰성 시험, EMC 전자파 적합성 시험, 고온 및 저온 시험, 극한 시험, 수명 시험, 보안 시험 등을 수행해야 합니다.
4. 절연형 전력 모듈 생산 라인의 표준화 여부. 전력 모듈 생산 라인은 아래 그림 3과 같이 ISO9001, ISO14001, OHSAS18001 등 여러 국제 인증을 통과해야 합니다.
그림 3 ISO 인증
5. 절연 전력 모듈이 산업 및 자동차와 같은 혹독한 환경에 적용되는지 여부. 전력 모듈은 혹독한 산업 환경뿐만 아니라 신에너지 자동차의 BMS 관리 시스템에도 적용됩니다.
4,T고립된 힘과 비격리된 힘에 대한 인식
우선 오해의 소지가 있는 부분을 설명하겠습니다. 많은 사람들이 비절연 전원이 절연 전원만큼 좋지 않다고 생각합니다. 절연 전원 공급 장치가 비싸기 때문에 비쌀 수밖에 없다고 생각하기 때문입니다.
지금 모두가 생각하는 비격리 전력보다 격리 전력을 사용하는 것이 왜 더 나을까요? 사실, 이 아이디어는 몇 년 전의 생각에 머물러 있습니다. 과거에는 비격리 전력이 격리 전력과 안정성 면에서 차이가 있었지만, R&D 기술의 발전으로 비격리 전력은 이제 매우 성숙되었고 더욱 안정적이 되고 있습니다. 보안 측면에서, 실제로 비격리 전력은 매우 안전합니다. 구조만 약간 변경되면 인체에 안전합니다. 같은 이유로 비격리 전력은 Ultuvsaace와 같은 여러 보안 기준을 통과할 수 있습니다.
실제로 비절연 전원 공급 장치 손상의 근본 원인은 전력 AC 라인 양단의 서지 전압입니다. 낙뢰파도 서지라고 할 수 있습니다. 이 전압은 AC 라인 양단에서 순간적으로 발생하는 고전압으로, 때로는 3천 볼트에 달할 수도 있습니다. 하지만 그 시간은 매우 짧고 에너지는 매우 강합니다. 천둥이 치거나 같은 AC 라인에서 큰 부하가 분리될 때 전류 관성이 발생하기 때문에 이러한 현상이 발생합니다. 절연 BUCK 회로는 출력으로 순간적으로 전류를 전달하여 정전류 검출 링을 손상시키거나 칩을 더 손상시켜 300V가 흐르게 하고 램프 전체를 소손시킵니다. 절연 저항형 전원 공급 장치의 경우, MOS가 손상됩니다. 즉, 저장 장치, 칩, MOS 튜브가 소손되는 현상입니다. 현재 LED 구동 전원 공급 장치는 사용 중 고장이 발생하며, 80% 이상이 이 두 가지 유사한 현상입니다. 더욱이, 소형 스위칭 전원 공급 장치는 전원 어댑터일지라도 파동 전압에 의해 발생하는 이러한 현상으로 인해 손상되는 경우가 많으며, LED 전원 공급 장치에서는 더욱 흔하게 발생합니다. 이는 LED의 부하 특성이 특히 파동 전압에 취약하기 때문입니다.
일반 이론에 따르면 전자 회로의 부품 수가 적을수록 신뢰성이 높고, 부품 수가 적을수록 회로 기판의 신뢰성이 높습니다. 실제로 비절연 회로는 절연 회로보다 신뢰성이 낮습니다. 절연 회로의 신뢰성이 높은 이유는 무엇일까요? 사실 신뢰성이 높은 것이 아니라, 비절연 회로가 서지에 너무 민감하고 억제 능력이 부족하며, 절연 회로의 특성상 에너지가 변압기로 먼저 유입된 후 변압기에서 LED 부하로 전달되기 때문입니다. 벅 회로는 입력 전원 공급 장치의 일부로 LED 부하에 직접 연결됩니다. 따라서 전자는 서지 억제 및 감쇠 과정에서 손상될 가능성이 높으므로 크기가 작습니다. 실제로 비절연 회로의 문제는 주로 서지 문제 때문입니다. 현재 이 문제는 LED 램프만 서지 발생 확률을 통해 확인할 수 있다는 것입니다. 따라서 많은 사람들이 적절한 예방 방법을 제시하지 못하고 있습니다. 파동 전압이 무엇인지 모르는 사람들이 많고, 많은 사람들이 LED 램프가 고장 나지만 원인을 찾을 수 없습니다. 결국 결론은 하나뿐입니다. 이 전력 공급이 불안정하다는 것은 확실하며, 이는 해결될 것입니다. 구체적으로 불안정한 부분이 어디인지는 그는 모릅니다.
비절연 전원 공급은 효율성이 높고, 두 번째는 비용이 더 유리하다는 것입니다.
비절연 전원은 다음과 같은 경우에 적합합니다. 첫째, 실내 램프입니다. 실내 전기 환경이 양호하고 전파의 영향이 적습니다. 둘째, 저전압, 저전류가 사용되는 경우입니다. 저전압, 대전류의 경우 비절연은 의미가 없습니다. 저전압, 대전류의 효율이 절연보다 높지 않고 비용도 훨씬 저렴하기 때문입니다. 셋째, 비절연 전원은 비교적 안정적인 환경에서 사용됩니다. 물론, 서지 억제 문제를 해결할 수 있는 방법이 있다면 비절연 전원의 적용 범위가 크게 넓어질 것입니다!
파동 문제로 인해 손상률을 과소평가해서는 안 됩니다. 일반적으로 수리 후 반품, 손상 보험, 칩, MOS의 종류를 고려할 때 파동 문제를 먼저 고려해야 합니다. 손상률을 낮추려면 설계 시 서지 요인을 고려하거나, 사용 중 서지 발생 시 사용자를 격리하고 서지 발생을 피해야 합니다. (실내등 등, 전투 시에는 잠시 전원을 꺼두세요.)
요약하자면, 절연 및 비절연 전원 공급은 흔히 파동 서지 문제 때문에 발생하며, 파동 문제와 전기 환경 문제는 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 절연 전원 공급과 비절연 전원 공급의 사용을 한꺼번에 줄일 수 없는 경우가 많습니다. 비용 측면에서 매우 유리하므로 LED 구동 전원 공급 장치로 비절연 또는 절연을 선택하는 것이 필수적입니다.
5. 요약
이 글에서는 절연 전력과 비절연 전력의 차이점과 각각의 장단점, 적용 사례, 그리고 절연 전력 선택에 대해 소개합니다. 엔지니어들이 이 글을 제품 설계에 참고 자료로 활용하고, 제품 고장 발생 시 신속하게 원인을 파악할 수 있기를 바랍니다.
게시 시간: 2023년 7월 8일
