隔离电源和非隔离电源的区别

引言：

电源硬件电路可以设计为隔离式或非隔离式，核心的区别在于电路中是否存在电气隔离，有隔离电路设计的电源可以隔离高压输入和输出端，避免触电等危险事件；反之，非隔离电源没有隔离元件和电路，直接通过二极管、电容、电感等元器件相连。

主要区别：

电路原理区别：

增加隔离元件后的原理图

从电路设计原理来看，分析它们的不同电气连接、接地要求等，我们可以得到下表对比结果。

我们这里不讨论具体的隔离电源的设计方案，只评估隔离和非隔离电源的特性和区别。

隔离电源必须通过VDE、GB、UL等认证级别的绝缘耐压、局部放电等测试，而非隔离电源不需要这些，所以成本上来说隔离电源会额外增加测试和认证成本。

隔离变压器因为安装了变压器，所以存在损耗，效率偏低。

非隔离电源的优点是不需要耐压认证测试，而且体积更小，效率更高，

非隔离电源的主要缺点是必须接地完好，否则可能导致设备损坏或触电，而隔离电源没有这个问题存在。

使用场景区别：

哪些电子产品适合使用隔离电源来设计？

• 家用电器（洗衣机、电冰箱等）
• 医疗设备（心电图、超声等）
• 手持测试仪器（频谱分析仪）

以上三类电子产品只是一个举例，很多需要人体接触的电器设备都需要考虑使用隔离电源设计，防止用户使用时漏电和触电问题的发生，这也是安规测试标准所要求的。

除了家用电器外，还有我们日常生活使用的降压开关电源、降压电源等产品，它们都是从220V高压转为低压，也是需要考虑做电气隔离，另外隔离元件的加入能隔离共模电气干扰，保证信号传输稳定。

哪些电子产品适合使用非隔离电源来设计？

对于一些低功率电子产品，例如LED灯带、充电宝、手机充电器灯产品，还有单片机系统，传感器的供电，还有对产品体积有严格要求的场合，我们就可以考虑使用非隔离电源来设计它们，还有生活中常见的路由器、电视机顶盒等产品，因为在使用时人体不需要直接接触其高压部分，整个产品采用封闭式设计，这样的场合也会考虑使用非隔离设计。

差异总结：

通过以上对隔离电源和非隔离电源的区别介绍，我们知道了选用哪种电路设计电源的核心在于这个产品正常工作时是否需要人体接触和是否易被电气干扰。

• 当考虑人体安全、高压/低压转换、存在外部强干扰时，优先选择隔离电源设计。
• 当电子产品属于低功率，无人体接触的封闭设计、控制研发成本、体积受限时，优先考虑非隔离电源设计。

案例说明：

因为我们属于EMC行业，所以我们使用我们熟悉的EMC测试仪器来说明如何选择隔离电源和非隔离电源。

在EMC电磁兼容测试行业中，我们常使用前置放大器、频谱分析仪、EMI接收机等EMC设备测量电子产品的电磁兼容性测试。这类设备都属于高频且高精度测量仪器，主要就是要求测量精度高、抗干扰能力强、运行稳定且操作安全，结合以上隔离/非隔离电源的区别的描述，我们可以确定的说，这类设备应该全部采用隔离电源的供电方式，原因如下：

抑制共模干扰和串扰

频谱分析仪或EMI接收机的射频前端、中频处理模块对电磁干扰（EMI）极其敏感。

频谱分析仪或EMI接收机的工作原理图

如果使用非隔离电源，则它们的输入/输出共地，220V市电交流电网中的谐波、浪涌、杂散干扰会直接传导到核心测量电路，导致频谱分析仪的基线噪声抬升、信号失真、测量误差增大。

而如果使用隔离电源通过变压器 / 光耦的电气隔离，可彻底阻断电网侧的共模干扰，同时隔离内部各模块间的串扰（如供电模块与射频模块），为高精度频谱分析提供干净的电源环境。

保障EMC测试人员和设备的安全

如下图所示，EUTTEST销售的频谱分析仪多为台式设备或手持式设备，EMC测试人员需要直接在仪器面板上操作按键或旋钮，并且经常与其他测试设备（如信号源、示波器）互联，这就满足了之气那所描述的需要人体频繁接触的场景。这时选用隔离电源就可以避免市电高压串入设备外壳或操作界面，防止触电风险发生；而且隔离设计能避免多设备互联时的地环路干扰（不同设备接地电位差导致的电流干扰），防止设备损坏或测量数据异常。

手持频谱分析仪和台式频谱分析仪

内部多模块独立供电

频谱分析仪属于精密设备，需要大量的射频组件和电子模块协同工作才能正常工作，例如内置的前置放大器、数字信号处理、数模转换、显示屏、其他控制电路等模块，每种模块需求的电压都是不相同的，例如射频模块需 ±12V、DSP 需 5V/3.3V时，选用隔离电源设计就可以实现多通道的独立隔离电源输出，每个模块之间都没有直接的电气连接，有效的防止电源噪声在模块之间串扰。

一些特殊的模块：

当然，频谱分析仪内部还有一些散热风扇、指示灯等内部封装的低压负载模块，这些模块与核心的测量电路之间并没有有效的连接，所以可以考虑在这些模块上使用非隔离电源设计，但当发现这样的设计造成整机异常时，还是需要优先考虑修改为隔离电源设计方式。

总结：

采用隔离电源还是非隔离电源设计，除了考虑以上原因外，当然还会受到公司领导层的决策、供应链等大环境的影响，所以本文仅做参考，我们只需要了解了两种电源设计原理的区别，然后在硬件设计流程中灵活的运用和提出不同的方案，有备无患，从从容容，游刃有余。