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為什么電源模塊不能并聯(lián)使用?

2020-08-15

在大功率應(yīng)用場(chǎng)合,往往單個(gè)電源模塊不能滿(mǎn)足要求,通常需要并聯(lián)使用。但是,很多電源模塊均不可以并聯(lián)使用,若處理不好會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失效。下面分析下為什么電源模塊不能并聯(lián)使用。


上圖為電源模塊的內(nèi)部等效與輸出負(fù)載特性曲線(xiàn):VO=fIO),R為模塊的輸出阻抗(包含導(dǎo)線(xiàn)電阻和接觸電阻等),空載時(shí),模塊輸出電壓為最大值VOmax)。當(dāng)負(fù)載電流變化△IO時(shí),負(fù)載電壓變化量為△VO,△VO=R*IO,R*IO也表示模塊的負(fù)載調(diào)整率。負(fù)載電壓VO與負(fù)載電流IO的關(guān)系可表示為:VO=VOmax-R*IO

 

如上圖所示:當(dāng)兩個(gè)模塊相互并聯(lián),則有:

VO1=VO1(max)-R1*IO1

VO2=VO2(max)-R2*IO2

IO=IO1+IO2

 

如果兩個(gè)模塊的參數(shù)完全相同時(shí),即:VO1(max)= VO2(max)、R1=R2,則兩條負(fù)載特性曲線(xiàn)重合,能實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流均勻分配。但在實(shí)際應(yīng)用中,兩個(gè)具有相同容量的模塊,VO1(max)VO2(max)、R1R2的參數(shù)也不可能完全做到相同。從圖中可以看出,由于輸出到負(fù)載RL的等效阻抗R1R2很小,輸出電壓即便出現(xiàn)很小的差別也會(huì)引起輸出電流很大的變化。例如當(dāng)負(fù)載RL電流由IO= IO1+ IO2增大到IO=IO1、+IO2時(shí),負(fù)載特性曲線(xiàn)斜率小的模塊1將承受大部分負(fù)載電流,模塊1將運(yùn)行在滿(mǎn)載或過(guò)載限流狀態(tài),影響模塊的可靠性。


理想狀態(tài)下將兩個(gè)電源模塊并聯(lián)使用,給負(fù)載供電,兩個(gè)電源模塊通力協(xié)作,平均分擔(dān)負(fù)載功率。但實(shí)際使用時(shí),不能簡(jiǎn)單的將他們并聯(lián)在一起,主要原因是兩個(gè)電源模塊的輸出電壓不可能完全相等,輸出電壓較高的模塊將會(huì)提供絕大部份的負(fù)載電流,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成其中一路過(guò)載,影響其使用壽命。


即使兩個(gè)電源模塊的輸出電壓可以調(diào)整為完全相等,也會(huì)由于兩者不同的輸出阻抗,造成兩個(gè)電源模塊的負(fù)載電流不平衡,因此簡(jiǎn)單的將電源模塊并聯(lián)輸出,在實(shí)際操作時(shí)會(huì)遇到很多問(wèn)題。


以?xún)蓚€(gè)電源模塊并聯(lián)為例,為確保電源模塊并聯(lián)之后可以穩(wěn)定運(yùn)行,首要任務(wù)就是要控制每個(gè)模塊的最大輸出功率,不能出現(xiàn)一個(gè)模塊超載工作,另外一個(gè)模塊輕載工作的現(xiàn)象。若出現(xiàn)此類(lèi)現(xiàn)象,會(huì)造成超載工作的模塊損壞,進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)異常。


根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的原理,要確保電源模塊在并聯(lián)使用時(shí),仍能精確的限制每個(gè)模塊的輸出電流,可以使用上端采樣限流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。考慮到實(shí)際量產(chǎn)的電源模塊,輸出電壓肯定會(huì)存在一些差異,隨機(jī)兩個(gè)模塊并聯(lián)在一起,有可能出現(xiàn)一路滿(mǎn)載工作,一路輕載工作,但是由于每路輸出均被限制在安全值范圍內(nèi),即使?jié)M載工作,也不會(huì)對(duì)單路使用壽命造成明顯影響,不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。


電源模塊并聯(lián)電路的設(shè)計(jì),要比串聯(lián)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜得多,需要考慮輸出電壓差、輸出阻抗匹配、輸出電流均衡等問(wèn)題,常見(jiàn)有電阻并聯(lián)法、二極管并聯(lián)法、電流均流并聯(lián)法。

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