Tento článek je určen vývojářům napájecích zdrojů a magnetických součástek, inženýrům bezpečnosti (shody s normami) a nákupčím. V jednom napájecím zdroji potkáte několik „vinutých magnetických součástek" – PFC tlumivku, common-mode choke (tlumivku pro potlačení souhlasného rušení), snižující tlumivku měniče POL (point-of-load) a IBC (intermediate bus converter) – a často se všechny shrnou do jediné otázky: „potřebují tyto součástky vodič s trojitou izolací (TIW, Triple Insulated Wire)?" Tento článek vyřeší všechny čtyři součástky „nepoužít" najednou: ne proto, že by nebyly dost dobré, ale proto, že jejich elektrická poloha prostě neleží tam, kde má TIW svůj smysl. Kritérium je jediná věta, uvedená hned na začátku; všechny hodnoty výrobků DAH JIN platí zásadně „podle schvalovacího listu".
Tento článek je určen vývojářům napájecích zdrojů a magnetických součástek, inženýrům bezpečnosti (shody s normami) a nákupčím. V jednom napájecím zdroji potkáte několik „vinutých magnetických součástek" – PFC tlumivku, common-mode choke (tlumivku pro potlačení souhlasného rušení), snižující tlumivku měniče POL (point-of-load) a IBC (intermediate bus converter) – a často se všechny shrnou do jediné otázky: „potřebují tyto součástky vodič s trojitou izolací (TIW, Triple Insulated Wire)?" Tento článek vyřeší všechny čtyři součástky „nepoužít" najednou: ne proto, že by nebyly dost dobré, ale proto, že jejich elektrická poloha prostě neleží tam, kde má TIW svůj smysl. Kritérium je jediná věta, uvedená hned na začátku; všechny hodnoty výrobků DAH JIN platí zásadně „podle schvalovacího listu".
1. Princip v jedné větě: TIW má smysl „přes bezpečnostní bariéru"
Nejprve si ujasněme, co TIW je a proč existuje; čtyři součástky se pak posoudí snadno.
Hodnota TIW spočívá v tom, že jde o vodič pro vinutí, který prošel typovou zkouškou podle bezpečnostních norem a byl vyhodnocen jako zesílená izolace (reinforced insulation). Podle třídění bezpečnostních norem typu IEC 62368-1 se izolace dělí na čtyři druhy: functional insulation (izolace nutná jen pro funkci), základní izolace (basic), přídavná izolace (supplementary) a zesílená izolace (reinforced); z nich functional insulation neposkytuje ochranu před úrazem elektrickým proudem, zatímco zesílená izolace je jediný izolační systém „rovnocenný dvojité izolaci", který poskytuje dvě úrovně ochrany před úrazem elektrickým proudem.
Místo, které skutečně vyžaduje „zesílenou (nebo dvojitou) izolaci", je bezpečnostní bariéra mezi primární stranou (připojenou k síti, s nebezpečným napětím) a sekundární stranou (přístupnou uživateli, SELV / malé napětí). U vinutých magnetických součástek tato bariéra leží mezi primárním a sekundárním vinutím oddělovacího transformátoru – a TIW je prostředek, jak tam dosáhnout zesílené izolace samotným vodičem.
Obráceně: vinutá součástka, která tuto bezpečnostní bariéru primár–sekundár vůbec nepřekračuje, nemá potřebu „zesílené izolace", a tedy ani TIW. Její vinutí potřebují jen běžný vodič pro vinutí odpovídající vlastní potenciálové oblasti (lakovaný vodič, případně základní izolaci / functional insulation). Všechny čtyři následující součástky spadají na stranu „bariéru nepřekračuje".
2. Elektrická poloha čtyř součástek
Podívejte se, kde v obvodu každá ze čtyř magnetických součástek sedí, a zjistíte, že všechny jsou „na téže straně bariéry" nebo „za bariérou po proudu".
PFC tlumivka (boost choke) – jediné vinutí na straně usměrněné sítě (primár). Boost PFC tlumivka měniče v režimu spojitého proudu (CCM, continuous conduction mode) je akumulační tlumivka s jediným vinutím, která pracuje přímo z usměrněného síťového napětí (tedy na primární / síťové straně). Všechny její závity leží v jedné potenciálové oblasti; uvnitř součástky žádné „primár versus sekundár" neexistuje, takže není požadavek na zesílenou izolaci přes bariéru. Potřebuje vodič pro vinutí, který snese dané napětí, proud a teplotu – ne trojitou izolaci přes bezpečnostní bariéru.
Common-mode choke (tlumivka pro potlačení souhlasného rušení) – filtrační součástka EMI na střídavém vstupu, L i N na primární straně. Řeč je o common-mode choke síťového filtru na střídavém vstupu zdroje (často spolu se stupněm PFC). Tvoří ji dvě vinutí navinutá na jednom magnetickém jádře, zapojená do série s fázovým vodičem (Line, L) a s nulovým vodičem (Neutral, N), aby tlumila souhlasné rušení – jde o funkční úlohu filtrace EMI, nikoli o vytvoření bezpečnostní izolace mezi primárem a sekundárem. L i N leží v téže potenciálové oblasti na straně střídavého vstupu; mezi vinutími je třeba functional insulation / základní izolace, která zvládne rozdílové napětí L-N a přepěťové rázy, ne zesílená izolace přes bezpečnostní bariéru. „Překračuje vodiče", ale ne „bariéru", a TIW proto nevyužije.
POL (point-of-load) – neizolovaný snižující měnič (buck), celý na sekundární straně SELV / malého napětí. Měnič POL se obvykle realizuje jako neizolovaná snižující topologie (buck), která napětí mezilehlé sběrnice na desce (běžně 12 V) dále snižuje na nižší napětí, jaké vyžadují zátěže typu mikroprocesor, ASIC nebo DSP; nemá transformátor, vstup a výstup nejsou izolovány a sdílejí společnou zem. Když neexistuje izolační bariéra a celý měnič leží na sekundární straně SELV / malého napětí, je jeho snižující tlumivka (buck) výkonovou tlumivkou s jediným vinutím a otázka zesílené izolace přirozeně nevzniká.
IBC (intermediate bus converter) – v oblasti sběrnice malého napětí; bezpečnostní izolace je většinou hotová už proti proudu. IBC provádí jeden stupeň přeměny napětí mezilehlé sběrnice (v telekomunikacích a datových centrech běžně 48 / 53 V na 12 V); sběrnice i výstup leží v oblasti malého napětí. Klíčové je: v systému napájeném spínaným zdrojem AC/DC (SMPS) bývá bezpečnostní izolace požadovaná systémem obvykle zajištěna už vstupním SMPS a v samotném IBC často není další bezpečnostní izolace potřeba – proto průmysl ve velkém používá neizolované IBC; a i když se použije izolovaný IBC, jeho izolace je většinou funkční (uvnitř oblasti sběrnice, která už je na malém napětí, například k přerušení zemních smyček), nikoli hlavní bezpečnostní bariéra primár–sekundár. Bezpečnostní bariéra byla překročena už na střídavém vstupu; na IBC řada nepřijde – a na TIW tedy také ne.
3. Srovnávací tabulka: součástka → elektrická poloha → proč TIW nepotřebuje
Inženýři bezpečnosti a nákupčí se mohou v této tabulce rovnou zorientovat. Všechny hodnoty v tabulce platí „podle schvalovacího listu".
- PFC tlumivka (boost choke) — Elektrická poloha：Jediné vinutí na straně usměrněné sítě (primár / síť), jedna potenciálová oblast；Proč TIW nepotřebuje：Uvnitř součástky není žádná bariéra primár–sekundár k překročení; potřebuje vodič pro vinutí odpovídající danému napětí, ne zesílenou izolaci přes bariéru
- Common-mode choke (filtr EMI na střídavém vstupu) — Elektrická poloha：Dvě vinutí v sérii s L a N, obě v téže potenciálové oblasti na straně střídavého vstupu (primár / síť)；Proč TIW nepotřebuje：Úkolem je potlačení souhlasného rušení (funkční EMI); izolace mezi vinutími je functional / základní, ne zesílená izolace přes bezpečnostní bariéru
- POL (point-of-load, neizolovaný buck) — Elektrická poloha：Celý na sekundární straně SELV / malého napětí; vstup a výstup neizolovány, společná zem；Proč TIW nepotřebuje：Není žádná izolační bariéra k překročení; snižující tlumivka (buck) s jediným vinutím, zesílená izolace se netýká
- IBC (např. 48 V → 12 V) — Elektrická poloha：Oblast sběrnice malého napětí; bezpečnostní izolaci systému většinou zajišťuje už vstupní AC/DC SMPS；Proč TIW nepotřebuje：Samotný IBC je většinou neizolovaný, nebo je jeho izolace funkční (uvnitř oblasti malého napětí); není to hlavní bezpečnostní bariéra primár–sekundár
Tabulka v jedné větě: tyto čtyři magnetické součástky jsou buď jediné vinutí v jedné potenciálové oblasti (PFC, POL), nebo funkční filtrace v jedné potenciálové oblasti (common-mode choke), nebo oblast malého napětí za bezpečnostní bariérou (IBC). Žádná nepotřebuje mezi vinutími zesílenou izolaci přes bariéru, a proto žádná není polem pro TIW.
4. Kde se tedy TIW používá? Zpět na pole DAH JIN
Když ho žádná z těchto čtyř nepoužívá, je skutečné místo TIW o to jasnější: vinutí oddělovacích transformátorů, která musejí překročit bezpečnostní bariéru primár–sekundár a dosáhnout zesílené izolace samotným vodičem – například oddělovací transformátor střídavého vstupu a malé oddělovací transformátory pomocného / předpěťového napájení a buzení hradla, které jsou sice malé, ale přesto musejí zajistit zesílenou izolaci přes vysokonapěťovou bariéru. Chcete-li určit, „na kterou stranu" váš návrh patří, začněte článkem Potřebuje váš výrobek TIW?.
V produktové řadě DAH JIN jsou čtyři externí typy vodiče s trojitou izolací TLW-B, TLW-BB, TLW-B7S a TLW-F; všechny prošly typovou zkouškou podle bezpečnostních norem a lze je použít jako zesílenou izolaci (Reinforced insulation). Příslušné typy, rozsahy průměrů vodiče a veškeré hodnoty vymezuje zásadně schvalovací list a tento článek konkrétní čísla neopakuje. DAH JIN je výrobce vodičů (nikoli obchodní společnost) a vyrábí ve vlastním závodě v Guirenu, Tchaj-nan, Tchaj-wan. Který typ zvolit a jaké podmínky posoudit, najdete v průvodci výběrem TIW; definice pojmů viz slovník TIW; v individuálních případech se obraťte na obchodní oddělení, které je vymezí podle schvalovacího listu.
Časté dotazy
PFC tlumivka i common-mode choke jsou připojeny k síti a napětí není nízké – proč přesto nepoužívají vodič s trojitou izolací?
Vysoké napětí samo o sobě neznamená potřebu zesílené izolace. TIW řeší zesílenou izolaci „přes bezpečnostní bariéru primár–sekundár". PFC tlumivka je jediné vinutí ležící celé v jedné potenciálové oblasti na síťové (primární) straně; obě vinutí L a N common-mode choke jsou rovněž na téže straně střídavého vstupu a plní funkční filtraci EMI. Ani jedna součástka bariéru primár–sekundár nepřekračuje, takže ani jedna TIW nepotřebuje.
POL a IBC jsou na straně malého napětí – nepoužívají TIW proto, že „napětí je příliš nízké"?
Přesnější formulace zní „leží za bezpečnostní bariérou po proudu". POL je neizolovaný buck se společnou zemí vstupu a výstupu, celý na sekundární straně SELV / malého napětí, bez izolační bariéry; IBC leží v oblasti sběrnice malého napětí, kde bezpečnostní izolaci systému obvykle zajišťuje už vstupní AC/DC SMPS, a samotný IBC je většinou neizolovaný nebo má jen funkční izolaci. Kde žádné vinutí nepřekračuje hlavní bezpečnostní bariéru, nemá TIW místo.
Mezi oběma vinutími common-mode choke se také musí izolovat – v čem se to liší od zesílené izolace TIW?
V tom, „pro koho" je určena. Izolace mezi oběma vinutími common-mode choke je functional insulation / základní izolace: zvládá rozdílové napětí a přepěťové rázy mezi L a N, které obě leží na primární straně; TIW poskytuje zesílenou izolaci, rovnocennou dvojité izolaci, určenou k ochraně před úrazem elektrickým proudem mezi primárem a sekundárem (nebezpečné versus přístupné). První není bezpečnostní bariérou proti úrazu elektrickým proudem, druhá ano – a nelze je zaměňovat.
Která součástka v mém návrhu má tedy použít vodič s trojitou izolací od DAH JIN?
Nejprve se zorientujte – každou magnetickou součástku zařaďte podle toho, zda „překračuje bezpečnostní bariéru primár–sekundár, nebo ne". Ty, které ji překračují (například primární–sekundární vinutí oddělovacího transformátoru nebo malé oddělovací transformátory přes vysokonapěťovou bariéru), jsou polem pro TIW; ty, které ne (PFC, common-mode choke, POL, IBC), vystačí s běžným vodičem pro vinutí. Je-li potřeba potvrzena, platí typ a rozsah průměru vodiče zásadně podle schvalovacího listu a vymezí se s obchodním oddělením.