電源模塊的串、并聯(lián)應(yīng)用(圖)
2006/2/23 14:51:24 電源在線網(wǎng)
(一)串聯(lián)應(yīng)用
一般來(lái)說(shuō)，幾個(gè)電源可以串聯(lián)使用。但是一個(gè)電源的輸出可能會(huì)影響另一個(gè)電源的反饋回路。一般情況下，兩臺(tái)電源的紋波電壓不會(huì)同步串聯(lián)工作將會(huì)有附加的紋波電壓。串聯(lián)使用的另一個(gè)限制條件是串聯(lián)后總輸出電壓不能超過(guò)任何一個(gè)電源的擊穿電壓。如果不同電源串聯(lián)時(shí)，串聯(lián)后的最大輸出電流等于額定電流最小的那臺(tái)電源的額定電流。兩臺(tái)電源串聯(lián)使用的電路如圖2-12所示。圖中每個(gè)電源輸出端都并聯(lián)一只反偏二極管，以免反向電壓加到任一電源上，二極管的反向耐壓大于兩個(gè)電源輸出電壓總和，平均電流應(yīng)大于電源輸出電流的兩倍。另一種常用的串聯(lián)方法是，將一臺(tái)雙輸出電源串聯(lián)作為一臺(tái)高壓輸出電源，如圖2-13所示。輸出電壓已經(jīng)利用公共端串聯(lián)，因此，它只能懸浮公共端，將負(fù)載直接與正、負(fù)輸出端相連。例如，用這種方法獲得24V、30V或36V電壓，可以分別用±12V、±15V或±18V雙輸出電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(二)并聯(lián)使用
電源并聯(lián)運(yùn)行比串聯(lián)運(yùn)行更困難，一般不允許電源并聯(lián)，除非特殊設(shè)計(jì)允許并聯(lián)或者技術(shù)條件注明可以并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行中，兩臺(tái)電源要想提供同樣的輸出電流幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。兩臺(tái)固定輸出電壓的電源，盡管型號(hào)一樣，也不可能有恰好相等的輸出電壓，輸出電壓較大者將企圖提供整個(gè)負(fù)載電流。即使輸出電壓可以調(diào)整到完全相等，各電源輸出阻抗、溫漂、時(shí)漂的差別將使兩臺(tái)電源的負(fù)載不平衡。圖2-14給出一種電阻均流的并聯(lián)方式。這種方法很難得到一個(gè)好的結(jié)果。因?yàn)檩敵龆碎g微小的電壓差將引起很大的電流失衡量。假定輸出電壓標(biāo)稱值為5V，所帶負(fù)載電流為2A。當(dāng)輸出電壓相差0.2V，就引起輸出電流的100%差值，這就意味著一個(gè)輸出端提供全部負(fù)載電流。當(dāng)輸出電壓為50mV時(shí)也會(huì)導(dǎo)致輸出電流25%失衡。然而，上述并聯(lián)在少數(shù)應(yīng)用中是可以利用的，但要注意幾件事：
串聯(lián)電阻嚴(yán)重地降低了負(fù)載效應(yīng)值，本例中，負(fù)載效應(yīng)值至少降低2%（假定輸出電流平衡）。
允許50%負(fù)載不平衡情況出現(xiàn)，也就是說(shuō)，每個(gè)電源應(yīng)該有能力提供75%的總負(fù)載電流而不是50%。
適當(dāng)考慮均流電阻R上的功耗。
因?yàn)榫鱎上有壓降，所以負(fù)載兩端實(shí)際電壓會(huì)降低，可使用電壓調(diào)節(jié)功能（TRIM）將輸出電壓適當(dāng)調(diào)高。
如果電源模塊輸出端子到負(fù)載匯接點(diǎn)的電阻較大時(shí)（與計(jì)算的R相比），可適當(dāng)減少外接均流電阻R的數(shù)值或省去均流電阻R。
以兩塊電源模塊為例，我們推導(dǎo)R的計(jì)算如下：
首先，R的選取需考慮壓降、功耗、允許的均流程度這三方面的因素。
已知最大總負(fù)載Io，輸出電壓上限為Vo+ΔVo，輸出電壓下限為 Vo-ΔVo，ΔVo>0。假定Vo+ΔVo路輸出電流為xIo，則Vo-ΔVo路輸出電流為Io-xIo，其中x是Vo+ΔVo路輸出電流占總負(fù)載電流Io的百分比，因?yàn)閰R接點(diǎn)的電壓相等，所以有：
（Vo+ΔVo）- xIoR = (Vo-ΔVo) - (Io-xIo)R
R = 2ΔVo/(2x-1)Io
例如； 兩塊5V/5A電源模塊并聯(lián)，電壓精度為±1.0%，總負(fù)載電流為8A，希望最大不平衡度小于25%，即電源模塊最大輸出電流小于等于5A。
ΔVo = 0.05V ， x = 0.625 ， Io = 8A 代入上邊公式 得：
R = 2·0.05/（2·0.625 – 1）·8 = 0.05 （Ω）
(三)冗余技術(shù)
冗余技術(shù)是電源并聯(lián)運(yùn)行的一個(gè)好方法。圖2-15給出兩臺(tái)電源冗余并聯(lián)方式。為達(dá)到100%冗余，每一臺(tái)電源必須提供總的負(fù)載電流。在這種情況下，不存在負(fù)載均衡的問(wèn)題。圖2-15中兩臺(tái)電源輸出端通過(guò)二極管并聯(lián)，二極管允許其中一臺(tái)失效時(shí)并不影響另一臺(tái)電源繼續(xù)給負(fù)載供電。這種方式常用于不允許電源出故障的重要場(chǎng)合。應(yīng)該注意到，在不間斷的直流供電系統(tǒng)中，其中一臺(tái)電源可用電壓相等的電池替代。
一般來(lái)說(shuō)，幾個(gè)電源可以串聯(lián)使用。但是一個(gè)電源的輸出可能會(huì)影響另一個(gè)電源的反饋回路。一般情況下，兩臺(tái)電源的紋波電壓不會(huì)同步串聯(lián)工作將會(huì)有附加的紋波電壓。串聯(lián)使用的另一個(gè)限制條件是串聯(lián)后總輸出電壓不能超過(guò)任何一個(gè)電源的擊穿電壓。如果不同電源串聯(lián)時(shí)，串聯(lián)后的最大輸出電流等于額定電流最小的那臺(tái)電源的額定電流。兩臺(tái)電源串聯(lián)使用的電路如圖2-12所示。圖中每個(gè)電源輸出端都并聯(lián)一只反偏二極管，以免反向電壓加到任一電源上，二極管的反向耐壓大于兩個(gè)電源輸出電壓總和，平均電流應(yīng)大于電源輸出電流的兩倍。另一種常用的串聯(lián)方法是，將一臺(tái)雙輸出電源串聯(lián)作為一臺(tái)高壓輸出電源，如圖2-13所示。輸出電壓已經(jīng)利用公共端串聯(lián)，因此，它只能懸浮公共端，將負(fù)載直接與正、負(fù)輸出端相連。例如，用這種方法獲得24V、30V或36V電壓，可以分別用±12V、±15V或±18V雙輸出電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(二)并聯(lián)使用
電源并聯(lián)運(yùn)行比串聯(lián)運(yùn)行更困難，一般不允許電源并聯(lián)，除非特殊設(shè)計(jì)允許并聯(lián)或者技術(shù)條件注明可以并聯(lián)運(yùn)行。并聯(lián)運(yùn)行中，兩臺(tái)電源要想提供同樣的輸出電流幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。兩臺(tái)固定輸出電壓的電源，盡管型號(hào)一樣，也不可能有恰好相等的輸出電壓，輸出電壓較大者將企圖提供整個(gè)負(fù)載電流。即使輸出電壓可以調(diào)整到完全相等，各電源輸出阻抗、溫漂、時(shí)漂的差別將使兩臺(tái)電源的負(fù)載不平衡。圖2-14給出一種電阻均流的并聯(lián)方式。這種方法很難得到一個(gè)好的結(jié)果。因?yàn)檩敵龆碎g微小的電壓差將引起很大的電流失衡量。假定輸出電壓標(biāo)稱值為5V，所帶負(fù)載電流為2A。當(dāng)輸出電壓相差0.2V，就引起輸出電流的100%差值，這就意味著一個(gè)輸出端提供全部負(fù)載電流。當(dāng)輸出電壓為50mV時(shí)也會(huì)導(dǎo)致輸出電流25%失衡。然而，上述并聯(lián)在少數(shù)應(yīng)用中是可以利用的，但要注意幾件事：
串聯(lián)電阻嚴(yán)重地降低了負(fù)載效應(yīng)值，本例中，負(fù)載效應(yīng)值至少降低2%（假定輸出電流平衡）。
允許50%負(fù)載不平衡情況出現(xiàn)，也就是說(shuō)，每個(gè)電源應(yīng)該有能力提供75%的總負(fù)載電流而不是50%。
適當(dāng)考慮均流電阻R上的功耗。
因?yàn)榫鱎上有壓降，所以負(fù)載兩端實(shí)際電壓會(huì)降低，可使用電壓調(diào)節(jié)功能（TRIM）將輸出電壓適當(dāng)調(diào)高。
如果電源模塊輸出端子到負(fù)載匯接點(diǎn)的電阻較大時(shí)（與計(jì)算的R相比），可適當(dāng)減少外接均流電阻R的數(shù)值或省去均流電阻R。
以兩塊電源模塊為例，我們推導(dǎo)R的計(jì)算如下：
首先，R的選取需考慮壓降、功耗、允許的均流程度這三方面的因素。
已知最大總負(fù)載Io，輸出電壓上限為Vo+ΔVo，輸出電壓下限為 Vo-ΔVo，ΔVo>0。假定Vo+ΔVo路輸出電流為xIo，則Vo-ΔVo路輸出電流為Io-xIo，其中x是Vo+ΔVo路輸出電流占總負(fù)載電流Io的百分比，因?yàn)閰R接點(diǎn)的電壓相等，所以有：
（Vo+ΔVo）- xIoR = (Vo-ΔVo) - (Io-xIo)R
R = 2ΔVo/(2x-1)Io
例如； 兩塊5V/5A電源模塊并聯(lián)，電壓精度為±1.0%，總負(fù)載電流為8A，希望最大不平衡度小于25%，即電源模塊最大輸出電流小于等于5A。
ΔVo = 0.05V ， x = 0.625 ， Io = 8A 代入上邊公式 得：
R = 2·0.05/（2·0.625 – 1）·8 = 0.05 （Ω）
(三)冗余技術(shù)
冗余技術(shù)是電源并聯(lián)運(yùn)行的一個(gè)好方法。圖2-15給出兩臺(tái)電源冗余并聯(lián)方式。為達(dá)到100%冗余，每一臺(tái)電源必須提供總的負(fù)載電流。在這種情況下，不存在負(fù)載均衡的問(wèn)題。圖2-15中兩臺(tái)電源輸出端通過(guò)二極管并聯(lián)，二極管允許其中一臺(tái)失效時(shí)并不影響另一臺(tái)電源繼續(xù)給負(fù)載供電。這種方式常用于不允許電源出故障的重要場(chǎng)合。應(yīng)該注意到，在不間斷的直流供電系統(tǒng)中，其中一臺(tái)電源可用電壓相等的電池替代。
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