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為什么電源模塊不能并聯使用?

2020-08-15

在大功率應用場合,往往單個電源模塊不能滿足要求,通常需要并聯使用。但是,很多電源模塊均不可以并聯使用,若處理不好會導致整個系統的失效。下面分析下為什么電源模塊不能并聯使用。


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

 

如上圖所示:當兩個模塊相互并聯,則有:

VO1=VO1(max)-R1*IO1

VO2=VO2(max)-R2*IO2

IO=IO1+IO2

 

如果兩個模塊的參數完全相同時,即:VO1(max)= VO2(max)、R1=R2,則兩條負載特性曲線重合,能實現負載電流均勻分配。但在實際應用中,兩個具有相同容量的模塊,VO1(max)VO2(max)R1R2的參數也不可能完全做到相同。從圖中可以看出,由于輸出到負載RL的等效阻抗R1R2很小,輸出電壓即便出現很小的差別也會引起輸出電流很大的變化。例如當負載RL電流由IO= IO1+ IO2增大到IO、=IO1+IO2時,負載特性曲線斜率小的模塊1將承受大部分負載電流,模塊1將運行在滿載或過載限流狀態,影響模塊的可靠性。


理想狀態下將兩個電源模塊并聯使用,給負載供電,兩個電源模塊通力協作,平均分擔負載功率。但實際使用時,不能簡單的將他們并聯在一起,主要原因是兩個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提供絕大部份的負載電流,嚴重時會造成其中一路過載,影響其使用壽命。


即使兩個電源模塊的輸出電壓可以調整為完全相等,也會由于兩者不同的輸出阻抗,造成兩個電源模塊的負載電流不平衡,因此簡單的將電源模塊并聯輸出,在實際操作時會遇到很多問題。


以兩個電源模塊并聯為例,為確保電源模塊并聯之后可以穩定運行,首要任務就是要控制每個模塊的最大輸出功率,不能出現一個模塊超載工作,另外一個模塊輕載工作的現象。若出現此類現象,會造成超載工作的模塊損壞,進而導致整個系統異常。


根據開關電源的原理,要確保電源模塊在并聯使用時,仍能精確的限制每個模塊的輸出電流,可以使用上端采樣限流電路來實現。考慮到實際量產的電源模塊,輸出電壓肯定會存在一些差異,隨機兩個模塊并聯在一起,有可能出現一路滿載工作,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,即使滿載工作,也不會對單路使用壽命造成明顯影響,不會影響整個系統設計。


電源模塊并聯電路的設計,要比串聯電路設計復雜得多,需要考慮輸出電壓差、輸出阻抗匹配、輸出電流均衡等問題,常見有電阻并聯法、二極管并聯法、電流均流并聯法。