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为什么电源模块不能并联使用?

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2020-08-15

在大功率应用场合,往往单个电源模块不能满足要求,通常需要并联使用。但是,很多电源模块均不可以并联使用,若处理不好会导致整个系统的失效。下面分析下为什么电源模块不能并联使用。

 

上图为电源模块的内部等效与输出负载特性曲线:vo=fio),r为模块的输出阻抗(包含导线电阻和接触电阻等),空载时,模块输出电压为最大值vomax)。当负载电流变化△io时,负载电压变化量为△vo,△vo=r*ior*io也表示模块的负载调整率。负载电压vo与负载电流io的关系可表示为:vo=vomax-r*io

 

如上图所示:当两个模块相互并联,则有:

vo1=vo1(max)-r1*io1

vo2=vo2(max)-r2*io2

io=io1 io2

 

如果两个模块的参数完全相同时,即:vo1(max)= vo2(max)r1=r2,则两条负载特性曲线重合,能实现负载电流均匀分配。但在实际应用中,两个具有相同容量的模块,vo1(max)vo2(max)r1r2的参数也不可能完全做到相同。从图中可以看出,由于输出到负载rl的等效阻抗r1r2很小,输出电压即便出现很小的差别也会引起输出电流很大的变化。例如当负载rl电流由io= io1 io2增大到io=io1 io2时,负载特性曲线斜率小的模块1将承受大部分负载电流,模块1将运行在满载或过载限流状态,影响模块的可靠性。

 

理想状态下将两个电源模块并联使用,给负载供电,两个电源模块通力协作,平均分担负载功率。但实际使用时,不能简单的将他们并联在一起,主要原因是两个电源模块的输出电压不可能完全相等,输出电压较高的模块将会提供绝大部份的负载电流,严重时会造成其中一路过载,影响其使用寿命。

 

即使两个电源模块的输出电压可以调整为完全相等,也会由于两者不同的输出阻抗,造成两个电源模块的负载电流不平衡,因此简单的将电源模块并联输出,在实际操作时会遇到很多问题。

 

以两个电源模块并联为例,为确保电源模块并联之后可以稳定运行,首要任务就是要控制每个模块的最大输出功率,不能出现一个模块超载工作,另外一个模块轻载工作的现象。若出现此类现象,会造成超载工作的模块损坏,进而导致整个系统异常。

 

根据开关电源的原理,要确保电源模块在并联使用时,仍能精确的限制每个模块的输出电流,可以使用上端采样限流电路来实现。考虑到实际量产的电源模块,输出电压肯定会存在一些差异,随机两个模块并联在一起,有可能出现一路满载工作,一路轻载工作,但是由于每路输出均被限制在安全值范围内,即使满载工作,也不会对单路使用寿命造成明显影响,不会影响整个系统设计。

 

电源模块并联电路的设计,要比串联电路设计复杂得多,需要考虑输出电压差、输出阻抗匹配、输出电流均衡等问题,常见有电阻并联法、二极管并联法、电流均流并联法。


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