物联网系统中交流转直流电源设计方案_非隔离式AC-DC电源芯片

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物联网系统中为什么要使用非隔离式AC-DC电源芯片

在物联网系统中使用非隔离式AC-DC电源芯片的原因主要有以下几点：

成本与效率优势

低成本：非隔离式AC-DC电源芯片相较于隔离式电源芯片，在制造成本上更低。这主要是因为非隔离电源不需要变压器等复杂的电气隔离元件，从而简化了电路设计和制造过程。对于成本敏感的物联网应用，这一优势尤为重要。

高效率：非隔离电源芯片通常具有较高的转换效率，能够将更多的输入电能转换为可用的输出电能，减少能量损失。这有助于延长物联网设备的电池寿命，或降低对外部电源的依赖。

小型化与轻量化

小型化设计：由于省去了变压器等体积较大的元件，非隔离式AC-DC电源芯片能够实现更紧凑的封装设计。这对于追求小型化和便携性的物联网设备来说是一个显著的优势。

轻量化：随着体积的减小，电源模块的整体重量也会相应降低，这有助于减轻物联网设备的整体重量，提高设备的可携带性和灵活性。

适应性与灵活性

宽电压输入范围：非隔离式AC-DC电源芯片通常具有较宽的电压输入范围，能够适应不同国家和地区的电网电压标准。这使得物联网设备在全球范围内应用时更加灵活和便捷。

设计灵活性：非隔离电源芯片的外围电路相对简单，便于系统集成和定制化设计。设计人员可以根据具体的应用需求对电源模块进行优化，以满足物联网设备的特殊功能要求。

安全性与可靠性

安全措施：虽然非隔离式电源芯片在电气隔离方面存在不足，但现代电源设计已经充分考虑了安全性问题。通过内置过载保护、过压保护、过热保护等多种保护机制，可以确保电源模块在异常情况下自动切断输出，保护设备免受损坏。

可靠性提升：随着电子技术的不断发展，非隔离式AC-DC电源芯片的可靠性也在不断提高。通过优化电路设计、选用高品质元器件和严格的制造流程控制，可以确保电源模块在恶劣环境下仍能保持稳定的性能。

应用场景适应性

低功率设备：对于功耗较低的物联网设备（如传感器、无线标签等），非隔离式AC-DC电源芯片能够满足其供电需求，同时保持较高的性价比。

电池供电设备：在需要电池供电的物联网设备中，非隔离电源的高效率和低成本特点尤为突出。它有助于延长设备的续航时间，降低使用成本。

消费电子产品：如智能手机、平板电脑、电子书等移动设备，这些设备通常要求电源体积小、效率高且成本低。非隔离式电源芯片正好符合这些要求，能够为这些设备提供稳定、高效的直流电源。

家用电器：例如电视机、音响、路由器等家庭常用设备，它们通常也需要稳定的直流电源来驱动内部电路。非隔离式电源芯片能够提供足够的功率和稳定的电压，确保这些设备正常运行。

LED照明：LED灯具需要稳定的直流电源来驱动LED芯片发光。非隔离式电源芯片能够将交流电转换为适合LED驱动的直流电，并且具有高效率、长寿命等优点。

工业自动化：在工业自动化领域，许多设备如传感器、执行器等都需要稳定的直流电源来驱动。非隔离式电源芯片能够提供稳定的电源输出，并且具有较宽的输入电压范围和较高的转换效率，满足工业自动化设备的需求。

分布式电源系统：在分布式电源系统中，如太阳能发电系统、风能发电系统等，非隔离式电源芯片能够将产生的交流电转换为直流电，以供电池储能或直接供电给负载。

综上所述，物联网系统中使用非隔离式AC-DC电源芯片是出于成本、效率、小型化、轻量化、适应性与灵活性以及安全性与可靠性等多方面的考虑。然而，在实际应用中，还需根据具体的应用场景和需求进行选择和评估。

本文会再为大家详解电源芯片家族中的一员——非隔离式AC-DC电源芯片。

02

非隔离式AC-DC电源芯片的概述

非隔离式AC-DC电源芯片是一种特殊的集成电路，它主要用于将交流电（AC）转换为直流电（DC），并保持输出电压的稳定。与传统的隔离式电源芯片相比，非隔离式电源芯片不需要进行电气隔离，因此其体积更小，成本更低。

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非隔离式AC-DC电源芯片的原理

非隔离式AC-DC电源芯片的原理主要涉及将交流电（AC）直接转换为直流电（DC）的过程，而无需进行电气隔离。以下是其基本原理的简要说明：

整流：输入的交流电源首先通过整流电路（如二极管桥式整流电路）进行处理。整流电路的主要目的是将交流电的负半周和正半周分别转换为直流电的负半周和正半周，从而在输出端得到单向的脉动直流电。

滤波：由于整流后的直流电中仍含有较大的脉动成分（即纹波），需要通过滤波电路进行平滑处理。滤波电路通常由电容器和电感器等元件组成，能够滤除高频脉动成分，使输出电压更加平滑。

稳压：滤波后的直流电虽然平滑了很多，但电压值可能仍然不够稳定，因此需要通过稳压电路进行进一步处理。稳压电路可以通过调整电路参数（如电阻、电容等）来保持输出电压的恒定。

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非隔离式AC-DC电源芯片的优缺点

优点：

结构简单、成本低：非隔离式电源不需要变压器、光耦等隔离元件，因此电路结构相对简单，外围元件数目少，从而降低了BOM成本。

体积小：由于省去了隔离元件，非隔离式电源的体积相对较小，适用于对空间要求严格的应用场景。

效率高：非隔离式电源在转换过程中没有隔离损耗，因此通常具有较高的转换效率。

发热低、无噪音：简单的电路结构和高效的能量转换使得非隔离式电源的发热量较低，且没有变压器等元件产生的噪音。

缺点：

安全性较低：非隔离式电源的输入和输出之间存在直接的电流回路，可能存在漏电、电击等安全风险。因此，在需要高安全性的应用场景中，如医疗设备、工业控制等，通常需要使用隔离式电源。

抗干扰能力较差：由于非隔离式电源的输入和输出之间没有电气隔离，因此它们容易受到外部电磁干扰的影响。这可能导致输出电压波动、噪声增加等问题。

输入输出压差限制：非隔离式电源的输入和输出之间不能有太大的压差，否则可能损坏电源或导致性能下降。因此，在需要处理高电压差的应用场景中，可能需要使用隔离式电源。

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非隔离式AC-DC电源芯片的选型参数

输入电压范围：这个参数表示电源芯片能够接受并稳定转换的交流输入电压的范围。通常，这个范围应该覆盖你的应用场景中的标准电源电压，例如85-265VAC。

输出电压：这取决于你的应用所需的直流电压。确保选择的电源芯片能够提供稳定的、符合你需求的输出电压。

输出电流：这个参数表示电源芯片能够提供的最大输出电流。你需要根据应用中的负载需求来确定所需的输出电流范围。

转换效率：转换效率是电源芯片将输入电能转换为输出电能的比例。选择具有高转换效率的电源芯片可以减少能量损失，提高系统的整体效率。

保护功能：非隔离式电源芯片通常具有过压保护、过流保护、过热保护等多种保护功能。这些功能可以确保在设备故障或外部干扰时，电源芯片能够自动切断输出或降低输出，以保护设备和用户的安全。

工作温度范围：这个参数表示电源芯片可以正常工作的温度范围。你需要根据应用环境来选择合适的工作温度范围。

封装和尺寸：你需要考虑电源芯片的封装类型和尺寸，以确保其能够适应你的电路板设计和空间限制。

符合的标准和认证：选择符合你所在地区或行业的安全标准和认证要求的电源芯片，以确保产品的合规性和可靠性。

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非隔离式AC-DC电源芯片的厂商

AC-DC非隔离式电源芯片的厂商有很多，包括但不限于以下几个知名品牌：

Chipown/芯朋微：这是一家专注于电源管理芯片领域的公司，提供多种型号的AC-DC非隔离式电源芯片，广泛应用于消费电子产品、家用电器等领域。

SM/明微：该公司也致力于电源管理芯片的研发和生产，其AC-DC非隔离式电源芯片具有高效率、高可靠性等特点，深受客户信赖。

APM永源微电子：作为一家专业的电源芯片制造商，APM永源微电子的产品线涵盖了多种AC-DC非隔离式电源芯片，满足不同客户的应用需求。

IWATT艾瓦特：艾瓦特是一家在电源管理领域具有丰富经验的公司，其AC-DC非隔离式电源芯片具有高效能、高精度等特点，广泛应用于各种电子设备中。

此外，还有一些其他厂商也提供AC-DC非隔离式电源芯片，如士兰微、芯茂微等。这些厂商的产品各有特点，客户可以根据具体的应用需求选择合适的电源芯片。

供应商A：艾创微

1、产品能力

（1）选型手册

（2）主推型号1：ICW4009A/B

对应的产品详情介绍

概述

ICW4009A/B 是一款高效率高精度的非隔离降压开关电源恒压控制驱动芯片。适用于 85VAC~265VAC全范围输入电压的非隔离Buck、Buckboost 拓扑结构，尤其适用于小家电、白色家电等电源的驱动。

ICW4009A/B 内部集成高压功率管，采用恒压控制模式， 系统可工作于CCM 和DCM 模式。采用特有的PFM 控制方式，改善音频特性。

内置特有的峰值电流控制，无需CS 电阻;内置启动电路，无需启动电阻。外围应用简单，可靠性强。

ICW4009A/B 具有多重保护功能，包括VCC钳位/欠压保护，输出短路保护、电感过电流保护及过温保护等保护功能

ICW4009A/B 采用 SOP8I

特点

集成800V功率管

恒压控制，固定12V输出电压

内置特有的峰值电流控制，无需CS电阳

内置启动电路，无需启动电阻

优异的动态性能

优异的EMI特性优异的输出负载调整率

低待机功耗<75mW

全负载范围内优异的音频特性

多重保护功能

应用

小家电、白色家电等开放式电源

ICW4009A/B 采用 SOP8I

硬件参考设计

2、支撑

（1）技术产品

技术资料

C5448771_AC-DC控制器和稳压器_ICW4009B_规格书_ICW(艾创微)AC-DC控制器和稳压器规格书.PDF

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