Sistem distribusi modern biasanya memerlukan kombinasi kompleks konverter daya AC/DC dan DC/DC yang terisolasi dan tidak terisolasi. Konverter isolasi terutama digunakan untuk melindungi sistem dan pengguna jika terjadi satu atau beberapa kesalahan; Hal ini juga diperlukan untuk memasok daya ke sub-fungsi yang terisolasi untuk menjaga integritas sinyal.
Pada prinsipnya, penggunaan IC canggih dapat dengan mudah merancang konverter daya rendah hingga menengah dengan daya sekitar 1000 watt, dan trade-off kinerja yang berbeda dapat dicapai melalui arsitektur yang berbeda. Namun pada kenyataannya, pengembangan dan validasi konverter tidaklah sederhana. Anda harus memenuhi setidaknya satu rangkaian persyaratan kinerja fungsional dasar, termasuk tegangan dan arus keluaran terukur, efisiensi, respons transien, dimensi fisik, dan perlindungan kesalahan untuk sirkuit, beban, dan catu daya.
Tantangan desain tidak terbatas pada pengetahuan dasar. Saat ini, serangkaian persyaratan peraturan wajib harus dipatuhi, yang mencakup kinerja keselamatan, efisiensi pada berbagai tingkat beban, kinerja pematian, kinerja termal, emisi interferensi elektromagnetik (EMI), dan kekebalan. Atribut-atribut ini harus divalidasi oleh laboratorium pengujian bersertifikat, yang akan meningkatkan waktu desain secara signifikan. Rencana penelitian dan pengembangan independen yang sederhana dapat dengan cepat menimbulkan risiko yang sangat tinggi, dan Anda akan segera menyadari bahwa ketika harus memilih antara penelitian dan pengembangan independen atau outsourcing, Anda akan segera condong ke arah yang terakhir.
Jika Anda masih ragu, Anda mungkin menganggap bahwa konverter juga harus memiliki fungsi isolasi listrik. Meskipun ini merupakan persyaratan umum untuk hampir semua konverter AC/DC, beberapa konverter DC/DC juga memerlukan isolasi listrik. Persyaratan ini memperkenalkan peraturan baru, standar keselamatan dan sertifikasi wajib, membuat keputusan yang dikembangkan sendiri dan dialihdayakan lebih condong ke arah pembelian, terlepas dari spesifikasi pasokan listrik.
Kabar baiknya adalah konverter daya terisolasi dan tidak terisolasi yang dipasang di papan sirkuit memiliki beberapa voltase dan arus terukur yang dapat dipilih. Produk-produk ini sangat menyederhanakan desain dan penerapan produk di bidang aplikasi seperti pertahanan, komunikasi, pengujian dan pengukuran (terisolasi), dan robot bergerak (tidak terisolasi), dan dapat digabungkan untuk mencapai fungsi distribusi daya.
Konverter jenis ini menyadari plug and play, dapat dicolokkan ke papan sirkuit cetak utama (papan PC), dan lokasi spesifiknya dioptimalkan untuk rel distribusi. Selain itu, konverter jenis ini tidak memerlukan penyangga atau braket independen. Sederhananya, produk jenis ini dapat berfungsi sebagai solusi plug and play tertutup dan lengkap yang secara langsung mencapai fungsionalitas daya.
Pengetahuan dasar tentang isolasi listrik
Isolasi listrik adalah penghalang listrik yang digunakan untuk mencegah pembentukan jalur konduktif (“Ohmik”) antara kedua ujung jalur sinyal atau daya. Namun penghalang ini masih perlu memungkinkan energi dan listrik disalurkan melalui sarana transmisi lain. Sinyal, catu daya, atau keduanya perlu diisolasi, tapi itu tergantung pada desainnya. Teknologi isolasi yang digunakan bergantung pada spesifikasi spesifik arus yang diisolasi.
Ada banyak alasan mengapa isolasi listrik diperlukan. Untuk sinyal, isolasi listrik dapat meningkatkan integritas sensor, menghilangkan loop grounding, atau melindungi pengguna dan sirkuit jika terjadi gangguan, mencegah arus mengalir ke jalur sinyal.
Dalam hal pasokan listrik, tujuan utamanya adalah untuk menjamin keselamatan pengguna dan mencegah sengatan listrik yang disebabkan oleh kontak yang tidak disengaja dengan kabel AC atau sumber listrik DC tegangan tinggi. Isolasi listrik juga memenuhi persyaratan untuk rangkaian "mengambang" yang digunakan untuk sinyal non-daya, yaitu tidak dihubungkan ke ground rangkaian.
Secara umum isolasi listrik merupakan suatu metode penentuan arah aliran arus berdasarkan hukum arus Kirchhoff (KCL). Setiap aliran arus harus memiliki jalur kembali ke sumbernya, dan fungsi isolasi listrik adalah untuk memutus jalur tersebut. Jika terjadi kemungkinan sengatan listrik, trafo isolasi pada catu daya (Gambar 1, kanan) akan memutus seluruh jalur arus gangguan melalui pengguna dan kembali ke ground (Gambar 1, kiri).
Gambar 1: Untuk mencegah sengatan listrik, trafo isolasi (kanan) pada catu daya memutus jalur arus gangguan yang melewati pengguna dan kembali ke ground (kiri). (Sumber gambar: Pembelajaran Lumen)
Dalam skenario sengatan listrik yang umum, ketika lapisan insulasi rusak, kabel listrik beraliran listrik/pemanas akan langsung bersentuhan dengan casing logam peralatan. Meskipun perangkat masih dapat beroperasi secara normal, jika sambungan grounding/grounding terputus (yang merupakan situasi umum), arus gangguan akan mengalir melalui pengguna ke ground alih-alih melewati kabel ground dengan aman, dan pengguna dapat mengalami sengatan listrik saat ini.
Untuk mengendalikan risiko ini, fungsi isolasi pada catu daya akan memutus jalur arus antara sumber tegangan asli dan peralatan. Dengan cara ini dapat mencegah terbentuknya sirkuit di antara keduanya, dan meskipun terjadi gangguan saluran, dapat menghilangkan risiko sengatan listrik.
Harap dicatat bahwa tegangan risiko mencakup tegangan saluran AC dan tegangan DC yang setara, seperti tegangan paket baterai multi-inti. Sebagian besar standar peraturan mendefinisikan tegangan berbahaya sebagai tegangan di atas 60 volt, tergantung pada situasi aktual dan jenis tegangan.
Isolasi daya hampir selalu dicapai melalui kopling magnetis transformator. Kopling magnetik memiliki efisiensi kelistrikan yang sangat baik, kepraktisan teknis yang kuat, aplikasi yang fleksibel, keandalan yang tinggi, penyesuaian yang mudah, dan secara bersamaan dapat memenuhi persyaratan peraturan dan sirkuit.
Alasan memilih berbagai solusi berkualitas tinggi
Karena penggunaan beberapa rel listrik dalam sistem modern, terdapat banyak pilihan arsitektur dalam perencanaan distribusi. Namun, ketika bagian tertentu dari rangkaian harus diisolasi sementara bagian lain tidak memerlukan atau melarang isolasi, memilih konverter daya yang sesuai menjadi sangat menantang.
Dalam beberapa kasus, rel daya AC/DC atau DC/DC tegangan tinggi tidak memerlukan isolasi, namun isolasi perlu dilakukan lebih jauh di bagian hilir pada jalur distribusi. Keputusan yang harus diambil oleh para perancang meliputi: apakah akan menggunakan satu catu daya terisolasi berkapasitas besar atau beberapa catu daya terisolasi berkapasitas kecil; Dan apakah hanya menggunakan sumber listrik terisolasi di lokasi yang diperlukan dan sumber listrik tidak terisolasi di lokasi lain (Gambar 2).
Gambar 2: Arsitektur distribusi tingkat sistem yang lengkap biasanya memerlukan kombinasi konverter daya AC/DC dan DC/DC yang terisolasi dan tidak terisolasi. (Sumber gambar: TDK Lambda)
Untuk memenuhi kebutuhan ini, TDK Lambda menawarkan beragam konverter daya AC/DC dan DC/DC buck/boost (buck/boost) terisolasi dan non terisolasi, yang menyediakan beberapa opsi voltase terukur input/output dan arus terukur. Secara khusus, ini mencakup:
AC/DC terisolasi: PFE500F-28/T adalah konverter keluaran tunggal, 28 volt/18 ampere (A) yang digunakan untuk masukan arus bolak-balik (VAC) 85 hingga 265 volt. Konverter ini mengadopsi modul bata tertutup penuh berukuran 122 × 70 × 12,7 mm dengan kemampuan isolasi input dan output VAC 3000 volt, cocok untuk lingkungan di mana konveksi atau pendinginan udara paksa tidak memungkinkan.
Modul tertutup AC/DC: PF1500B-360 yang tidak terisolasi juga berukuran bata penuh dan dapat mengubah input AC menjadi output yang diatur 360 VDC. Sangat cocok untuk sistem tenaga terdistribusi yang dilengkapi dengan konverter DC/DC tegangan tinggi terisolasi atau beban yang memerlukan catu daya tegangan tinggi. Pada tegangan masukan 170 hingga 265 VAC, daya pengenalnya adalah 1512 watt; Pada tegangan input 85 hingga 265 VAC, daya pengenalnya adalah 1008 watt. Faktor daya modul ini adalah 0,98, dengan efisiensi hingga 96,5%.
DC/DC terisolasi: GQA2W024A050V-007-R Konverter DC/DC terisolasi berukuran kompak, dikemas dalam seperempat bata, dan memiliki kinerja luar biasa. Dapat menghasilkan daya 120 watt dan memiliki tegangan isolasi input dan output hingga 3000 VDC. Rentang tegangan masukan kerja konverter ini adalah 9 V hingga 36 V, dan dapat menghasilkan arus 5 V pada 24 A. Kemasan mekanisnya menyediakan berbagai konfigurasi struktural seperti pelat bawah, disegel, dan dienkapsulasi (lihat Gambar 3), yang dapat didinginkan dengan konveksi dan konduksi melalui pelat dingin eksternal atau heat sink.
Gambar 3: Konverter GQA2W024A050V-007-R menawarkan beberapa opsi konfigurasi pengemasan, memberikan fleksibilitas tinggi kepada desainer dalam keseluruhan desain pengemasan dan pendinginan konverter. (Sumber gambar: TDK Lambda)
DC/DC tidak terisolasi: I6A24014A033V-003-R Konverter DC/DC Titik Beban Non terisolasi (PoL) ideal untuk membuat rel tegangan keluaran arus tinggi dari sumber daya 12 VDC atau 24 VDC. Rentang tegangan masukan konverter ini adalah 9 V hingga 40 V, dengan arus keluaran hingga 14 A dan rentang pengaturan keluaran 3,3 V hingga 24 V. Ia dikemas dalam desain bata 1/16 yang ringkas.