"تعرضت مضيفة طيران تابعة لشركة طيران جنوب الصين، تبلغ من العمر 23 عامًا، لصعقة كهربائية أثناء استخدامها هاتف آيفون 5 أثناء شحنه"، هذا الخبر حظي باهتمام واسع على الإنترنت. هل تُشكل الشواحن خطرًا على الأرواح؟ يُحلل الخبراء تسربًا في المحول الكهربائي داخل شاحن الهاتف المحمول، حيث تسرب تيار متردد 220 فولت إلى طرف التيار المستمر، ومن خلال كابل البيانات إلى الغلاف المعدني للهاتف، مما أدى في النهاية إلى صعق كهربائي، وحدوث مأساة لا رجعة فيها.
إذًا، لماذا يأتي خرج شاحن الهاتف المحمول بجهد ٢٢٠ فولت تيار متردد؟ ما الذي يجب مراعاته عند اختيار مصدر طاقة معزول؟ كيف نميز بين مصادر الطاقة المعزولة وغير المعزولة؟ الرأي السائد في هذا المجال هو:
1. مصدر طاقة معزول:لا يوجد اتصال كهربائي مباشر بين حلقة الإدخال وحلقة الإخراج لمصدر الطاقة، ويكون الإدخال والإخراج في حالة معزولة عالية المقاومة بدون حلقة تيار، كما هو موضح في الشكل 1:
2، مصدر الطاقة غير المعزول:توجد حلقة تيار مستمر بين المدخل والمخرج، على سبيل المثال، المدخل والمخرج مشتركان. تُؤخذ دائرة ارتداد معزولة ودائرة باك غير معزولة كمثالين، كما هو موضح في الشكل 2. الشكل 1: مصدر طاقة معزول مع محول.
1. مزايا وعيوب مصدر الطاقة المعزول ومصدر الطاقة غير المعزول
وفقًا للمفاهيم المذكورة أعلاه، بالنسبة لطوبولوجيا مصدر الطاقة الشائعة، فإن مصدر الطاقة غير المعزول يشمل بشكل أساسي Buck وBoost وbuck-boost وما إلى ذلك. يحتوي مصدر الطاقة المعزول بشكل أساسي على مجموعة متنوعة من الطوبولوجيات الخلفية والأمامية ونصف الجسر وLLC وغيرها من الطوبولوجيات مع محولات العزل.
عند الجمع بين مصادر الطاقة المعزولة وغير المعزولة المستخدمة بشكل شائع، يمكننا أن نحصل بشكل حدسي على بعض مزاياها وعيوبها، حيث أن مزايا وعيوب الاثنين متعارضة تقريبًا.
لاستخدام مصادر الطاقة المعزولة أو غير المعزولة، من الضروري فهم كيفية احتياج المشروع الفعلي إلى مصادر الطاقة، ولكن قبل ذلك، يمكنك فهم الاختلافات الرئيسية بين مصادر الطاقة المعزولة وغير المعزولة:
① تتميز وحدة العزل بموثوقية عالية، ولكنها عالية التكلفة ومنخفضة الكفاءة.
②إن بنية الوحدة غير المعزولة بسيطة للغاية، ومنخفضة التكلفة، وعالية الكفاءة، وأداء السلامة ضعيف.
لذلك، في الحالات التالية، يوصى باستخدام مصدر طاقة معزول:
① في حالات الصدمات الكهربائية المحتملة، مثل أخذ الكهرباء من الشبكة إلى حالات التيار المستمر منخفض الجهد، يلزم استخدام مصدر طاقة تيار متردد-تيار مستمر معزول؛
② ينقل ناقل الاتصالات التسلسلي البيانات عبر شبكات مادية مثل RS-232 وRS-485 وشبكة المنطقة المحلية (CAN) لوحدة التحكم. كل نظام من هذه الأنظمة المترابطة مزود بمصدر طاقة خاص به، وغالبًا ما تكون المسافة بين الأنظمة بعيدة. لذلك، عادةً ما نحتاج إلى عزل مصدر الطاقة لضمان الأمان المادي للنظام. بعزل وقطع حلقة التأريض، يُحمى النظام من تأثير الجهد العالي العابر، ويُقلل تشوه الإشارة.
③ بالنسبة لمنافذ الإدخال/الإخراج الخارجية، لضمان التشغيل الموثوق للنظام، يوصى بعزل مصدر الطاقة لمنافذ الإدخال/الإخراج.
ويظهر الجدول الملخص في الجدول رقم 1، والمزايا والعيوب لكليهما متقابلة تقريبا.
الجدول 1 مزايا وعيوب مصادر الطاقة المعزولة وغير المعزولة
2. اختيار الطاقة المعزولة والطاقة غير المعزولة
من خلال فهم مزايا وعيوب مصادر الطاقة المعزولة وغير المعزولة، فإن لكل منها مزاياها الخاصة، وقد تمكنا من إصدار أحكام دقيقة حول بعض خيارات مصادر الطاقة المضمنة الشائعة:
① يتم استخدام مصدر الطاقة للنظام بشكل عام لتحسين أداء مكافحة التداخل وضمان الموثوقية.
② إمداد الطاقة للدائرة المتكاملة أو جزء منها في لوحة الدائرة، بدءًا من التكلفة والحجم الفعالين، والاستخدام المفضل للمخططات غير المعزولة.
③ لأغراض السلامة، عند الحاجة إلى توصيل التيار المتردد والمستمر لكهرباء البلدية، أو مصدر طاقة للاستخدامات الطبية، يجب استخدام مصدر الطاقة لضمان سلامة الأشخاص. في بعض الحالات، يجب استخدام مصدر الطاقة لتعزيز العزل.
④ بالنسبة لإمدادات الطاقة للاتصالات الصناعية عن بعد، من أجل تقليل تأثيرات الاختلافات الجغرافية وتداخل اقتران الأسلاك بشكل فعال، يتم عمومًا استخدام مصدر طاقة منفصل لتشغيل كل عقدة اتصال بمفردها.
⑤ بالنسبة لاستخدام مصدر طاقة البطارية، يتم استخدام مصدر طاقة غير معزول لضمان عمر بطارية صارم.
بفهم مزايا وعيوب مصادر الطاقة المعزولة وغير المعزولة، يتضح أن لكلٍّ منها مزاياه الخاصة. بالنسبة لبعض تصاميم مصادر الطاقة المدمجة الشائعة الاستخدام، يُمكننا تلخيص أسباب اختيارها.
1.Iمصدر طاقة العزل
من أجل تحسين أداء مكافحة التداخل وضمان الموثوقية، يتم عمومًا استخدام العزل.
بالنسبة لمتطلبات السلامة للأمن، إذا كنت بحاجة إلى الاتصال بتيار متردد-تيار مستمر للكهرباء البلدية، أو مصدر الطاقة للاستخدام الطبي، والأجهزة البيضاء، من أجل ضمان سلامة الشخص، يجب عليك استخدام مصدر الطاقة، مثل MPS MP020، للتيار المتردد-تيار مستمر الأصلي، مناسب لتطبيقات 1 ~ 10 وات؛
بالنسبة لإمدادات الطاقة للاتصالات الصناعية عن بعد، من أجل تقليل تأثيرات الاختلافات الجغرافية وتداخل اقتران الأسلاك بشكل فعال، يتم عمومًا استخدام مصدر طاقة منفصل لتشغيل كل عقدة اتصال على حدة.
2. مصدر طاقة غير معزول
يتم تشغيل الدائرة المتكاملة أو بعض الدوائر الموجودة في لوحة الدائرة بواسطة نسبة السعر والحجم، ويفضل الحل غير المعزول؛ مثل سلسلة MPS MP150/157/MP174 باك غير المعزولة AC-DC، مناسبة لـ 1 ~ 5 وات؛
في حالة جهد العمل أقل من 36 فولت، يتم استخدام البطارية لتوفير الطاقة، وهناك متطلبات صارمة للتحمل، ويفضل مصدر الطاقة غير المعزول، مثل MPS's MP2451 / MPQ2451.
مميزات وعيوب مصدر الطاقة المعزول وغير المعزول
بفهم مزايا وعيوب مصادر الطاقة المعزولة وغير المعزولة، يتضح أن لكلٍّ منها مزاياه الخاصة. بالنسبة لبعض خيارات مصادر الطاقة المدمجة الشائعة الاستخدام، يُمكننا اتباع شروط التقييم التالية:
من أجل متطلبات السلامة، إذا كنت بحاجة إلى الاتصال بتيار متردد-مستمر للكهرباء البلدية، أو مصدر الطاقة للأغراض الطبية، من أجل ضمان سلامة الشخص، يجب عليك استخدام مصدر الطاقة، وفي بعض المناسبات يجب استغلاله لتعزيز مصدر الطاقة المعزول.
بشكل عام، متطلبات جهد عزل طاقة الوحدة ليست عالية جدًا، ولكن جهد العزل الأعلى يضمن تيار تسرب أقل، وأمانًا وموثوقية أعلى، وخصائص توافق كهرومغناطيسي أفضل. لذلك، يكون مستوى جهد العزل العام أعلى من 1500 فولت تيار مستمر.
3، احتياطات اختيار وحدة الطاقة العازلة
تُسمى مقاومة عزل مصدر الطاقة أيضًا "مقاومة الكهرباء" في المعيار الوطني GB-4943. يُعد هذا المعيار معيارًا أمنيًا لمعدات المعلومات، كما هو معتاد، لحماية الأشخاص من التلف الجسدي والكهربائي، بما في ذلك تجنب تضررهم من الصدمات الكهربائية والأضرار المادية والانفجارات. كما هو موضح أدناه، مخطط هيكل مصدر الطاقة العازل.
مخطط هيكل الطاقة العازلة
كمؤشر مهم على قدرة الوحدة، يُحدد المعيار أيضًا معيار طريقة اختبار العزل ومقاومة الضغط. عادةً، يُستخدم اختبار التوصيل بجهد متساوٍ أثناء الاختبارات البسيطة. الرسم التخطيطي للتوصيل كما يلي:
رسم تخطيطي مهم لمقاومة العزل
طرق الاختبار:
ضبط جهد مقاومة الجهد إلى قيمة مقاومة الجهد المحددة، ويتم ضبط التيار كقيمة تسرب محددة، ويتم ضبط الوقت إلى قيمة وقت الاختبار المحددة؛
تبدأ عدادات ضغط التشغيل بالاختبار والضغط. خلال فترة الاختبار المحددة، يجب أن تكون الوحدة خالية من أي خدوش أو انحناء.
لاحظ أنه يجب اختيار وحدة طاقة اللحام في وقت الاختبار لتجنب اللحام المتكرر وتلف وحدة الطاقة.
بالإضافة إلى ذلك، انتبه إلى:
1. انتبه إلى ما إذا كان التيار AC-DC أو DC-DC.
٢. عزل وحدة الطاقة العازلة. على سبيل المثال، ما إذا كان التيار المستمر ١٠٠٠ فولت يلبي متطلبات العزل.
٣. ما إذا كانت وحدة الطاقة العازلة تخضع لاختبار موثوقية شامل. يجب إجراء اختبارات الأداء، واختبارات التحمل، والظروف العابرة، واختبارات الموثوقية، واختبارات التوافق الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي، واختبارات درجات الحرارة العالية والمنخفضة، والاختبارات القصوى، واختبارات العمر الافتراضي، واختبارات الأمان، وما إلى ذلك.
٤. ما إذا كان خط إنتاج وحدات الطاقة المعزولة موحدًا. يجب أن يجتاز خط إنتاج وحدات الطاقة عددًا من الشهادات الدولية، مثل ISO9001، وISO14001، وOHSAS18001، وغيرها، كما هو موضح في الشكل ٣ أدناه.
الشكل 3 شهادة ISO
٥. ما إذا كانت وحدة الطاقة العازلة تُستخدم في البيئات القاسية مثل الصناعة والسيارات. لا تقتصر وحدة الطاقة على البيئات الصناعية القاسية فحسب، بل تُستخدم أيضًا في نظام إدارة BMS لمركبات الطاقة الجديدة.
4,Tإدراك قوة العزلة وقوة عدم العزلة
أولاً وقبل كل شيء، يتم توضيح سوء الفهم: يعتقد الكثير من الناس أن الطاقة غير المعزولة ليست جيدة مثل الطاقة المعزولة، لأن مصدر الطاقة المعزول مكلف، لذلك يجب أن يكون مكلفًا.
لماذا يُفضّل استخدام الطاقة العازلة على الطاقة غير العازلة في رأي الجميع الآن؟ في الواقع، هذه الفكرة هي البقاء على نفس الفكرة التي كانت سائدة قبل بضع سنوات. لأن استقرار الطاقة غير العازلة في السنوات السابقة لم يكن مستقرًا، ولكن مع تحديث تكنولوجيا البحث والتطوير، أصبحت أكثر نضجًا واستقرارًا. أما فيما يتعلق بالأمان، فإن الطاقة غير العازلة آمنة جدًا أيضًا. طالما أن هيكلها يتغير قليلاً، فإنها تظل آمنة لجسم الإنسان. وللسبب نفسه، يمكن للطاقة غير العازلة أيضًا اجتياز العديد من معايير الأمان، مثل: Ultuvsaace.
في الواقع، السبب الجذري لتلف مصدر الطاقة غير المعزول هو الجهد الزائد عند طرفي خط التيار المتردد. ويمكن القول أيضًا أن موجة البرق هي زيادة مفاجئة. هذا الجهد هو جهد عالي فوري عند طرفي خط التيار المتردد، وأحيانًا يصل إلى ثلاثة آلاف فولت. ولكن الوقت قصير جدًا والطاقة قوية للغاية. سيحدث ذلك عند الرعد، أو على نفس خط التيار المتردد، عند فصل حمل كبير، لأن القصور الذاتي الحالي سيحدث أيضًا. ستنقل دائرة BUCK المعزولة على الفور إلى المخرج، وتتلف حلقة الكشف عن التيار المستمر، أو تتلف الشريحة بشكل أكبر، مما يتسبب في مرور 300 فولت، وحرق المصباح بالكامل. بالنسبة لمصدر الطاقة المضاد للعدوان المعزول، سيتلف MOS. الظاهرة هي احتراق التخزين والشريحة وأنابيب MOS. الآن، يكون مصدر الطاقة الذي يعمل بتقنية LED سيئًا أثناء الاستخدام، وأكثر من 80٪ من هاتين الظاهرتين متشابهتان. علاوة على ذلك، غالبًا ما تتضرر وحدات تحويل الطاقة الصغيرة، حتى لو كانت محولات طاقة، بسبب هذه الظاهرة، التي يسببها جهد الموجة، وهي أكثر شيوعًا في وحدات تزويد الطاقة LED. ويرجع ذلك إلى أن خصائص حمل LED تخشى بشكل خاص من الموجات.
وفقًا للنظرية العامة، كلما قلّ عدد المكونات في الدائرة الإلكترونية، زادت الموثوقية، وانخفضت موثوقية لوحة الدائرة. في الواقع، الدوائر غير المعزولة أقل موثوقية من الدوائر المعزولة. لماذا تتميز دوائر العزل بارتفاع موثوقيتها؟ في الواقع، لا يتعلق الأمر بالموثوقية، بل بحساسيتها المفرطة للاندفاع، وقدرتها على التثبيط ضعيفة، ودائرة العزل، لأن الطاقة تدخل المحول أولًا، ثم تنقلها إلى حمل LED. دائرة خفض الجهد هي جزء من مصدر طاقة الإدخال المباشر لحمل LED. لذلك، فإن الأولى لديها احتمالية كبيرة للتلف بسبب الاندفاع في الكبت والتوهين، لذا فهي ضئيلة. في الواقع، تكمن مشكلة عدم العزل بشكل رئيسي في مشكلة الاندفاع. حاليًا، تكمن هذه المشكلة في أن مصابيح LED فقط هي التي يمكن رؤيتها من الاحتمالية. لذلك، لم يقترح الكثيرون طريقة وقائية جيدة. كثير من الناس لا يعرفون ما هو جهد الموجة. مصابيح LED معطلة، ولا يمكن معرفة السبب. في النهاية، هناك جملة واحدة فقط. ما هو مصدر الطاقة غير مستقر، وسيتم حل المشكلة. أين يكمن عدم الاستقرار تحديدًا؟ لا أحد يعلم.
إن مصدر الطاقة غير المعزول يتميز بالكفاءة، والثاني هو أن التكلفة أكثر فائدة.
الطاقة غير العازلة مناسبة لعدة حالات: أولًا، المصابيح الداخلية. بيئة الكهرباء الداخلية هذه أفضل وتأثير الموجات فيها منخفض. ثانيًا، عند استخدام جهد وتيار منخفضين. الطاقة غير العازلة غير مجدية للتيارات منخفضة الجهد، لأن كفاءة الجهد المنخفض والتيارات الكبيرة ليست أعلى من العزل، وتكلفة أقل بكثير. ثالثًا، تُستخدم مصادر الطاقة غير العازلة في بيئة مستقرة نسبيًا. بالطبع، إذا وُجدت طريقة لحل مشكلة كبح التيار الزائد، فسيتسع نطاق استخدام الطاقة غير العازلة بشكل كبير!
نظرًا لمشكلة الموجات، لا ينبغي الاستهانة بمعدل الضرر. بشكل عام، ينبغي مراعاة مشكلة الموجات أولًا عند إصلاح الأعطال، والتأمين ضد التلف، والرقاقة، وأنظمة MOS. لتقليل معدل الضرر، من الضروري مراعاة عوامل ارتفاع التيار عند التصميم، أو إيقاف المستخدمين عند الاستخدام، وتجنب ارتفاع التيار. (مثل المصابيح الداخلية، أطفئها مؤقتًا عند الاستخدام).
باختصار، غالبًا ما يُعزى استخدام العزل وعدم العزل إلى مشكلة ارتفاع الأمواج، حيث ترتبط الأمواج ببيئة الكهرباء ارتباطًا وثيقًا. لذلك، في كثير من الأحيان، لا يمكن فصل استخدام مصدر الطاقة المعزول وغير المعزول. نظرًا لانخفاض تكلفته، من الضروري اختيار مصدر طاقة معزول أو غير معزول لتشغيل مصابيح LED.
5. الملخص
تُقدّم هذه المقالة الفروق بين طاقة العزل وطاقة عدم العزل، بالإضافة إلى مزايا وعيوب كلٍّ منهما، وظروف التكيف، واختيار طاقة العزل المناسبة. آمل أن يستخدم المهندسون هذه المقالة كمرجع في تصميم المنتجات. وبعد فشل المنتج، يُحدّدون المشكلة بسرعة.
وقت النشر: ٨ يوليو ٢٠٢٣
