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談開關電源的簡化設計-并聯(lián)

來源:   發(fā)布時間:2019-05-24   點擊量:1047

談開關電源的簡化設計-并聯(lián)

在設計人員希望考慮將開關電源并聯(lián)使用可能有很多原因。其中有些與物料清單和物流問題相關,其他則集中于滿足系統(tǒng)電流、性能或可靠性目標。

在非設計方面,并聯(lián)電源的能力也利于某個開關電源能單獨使用,或在跨廣泛產品線中組合使用。這可以簡化采購,增加單一電源的用量并簡化庫存管理。

當然,考慮并聯(lián)電源的技術原因更加復雜。首先,或許由于無法獲得較低功耗的元器件,或者市場增加了新賣點和新功能,產品可能實際上比預算需要更多電流,這時使用并聯(lián)電源可能是一種“保險”的形式。

其次,并聯(lián)開關電源可以支持N+1甚至N+2冗余,以防止單點故障,或在不影響系統(tǒng)的前提下實現(xiàn)故障電源的熱插拔。第三,它允許使用功能、特點和外形尺寸熟知的、經過驗證的電源,因而可減少設計導入風險和不確定性。最后,如果一個高功率單元在一個高度局限的區(qū)域散熱量太多,它可以通過增加電源轉換器布板的靈活性來實現(xiàn)“熱擴散”。

開關電源并聯(lián)提供靈活性和潛在好處的同時,也帶來了一個明顯的問題:可以在并聯(lián)配置中使用任何電源嗎?答案是“不能”。它取決于開關電源的設計、開關電源連接所用的技術,以及并聯(lián)使用開關電源的理由。

希望將開關電源并聯(lián)最明顯和最簡單的方法是簡單地將其輸出連接在一起。一般來說,這行不通,因為每個電源都有其自己的輸出電壓調節(jié),因此不僅要設法在其負載變化時仍然保證這個調節(jié),而且在調節(jié)時還需要避開其他電源閉合回路的影響。

對于那些內部包括傳統(tǒng)的誤差放大器和參考的電源來說,只以并聯(lián)方式放置多個電源不是實現(xiàn)高功率陣列的有效方法。電源之間的參數差異往往會引起一個電源——那個以輸出電壓為基準的最高參考電壓的電源——承載所有負載電流,而所有剩下的電源不會帶載。
電源設計可以簡化,而增強并聯(lián)配置:
開關電源供應商可以采取步驟來應對并聯(lián)挑戰(zhàn)。例如,采用轉換器級封裝(ChiP)的Vicor的DCM DC-DC轉換器采用一條內置負斜率負載線;因此,隨著負載的增加,DCM的內部穩(wěn)壓器僅略微降低輸出電壓。這實際上就像小鎮(zhèn)流電阻器的實現(xiàn)方法,但并沒有用任何實際的電阻器,而且具有其他幾個關鍵特性。

它是一種實現(xiàn)鎮(zhèn)流電阻器的不同方法,因為沒有物理電阻器,也沒有生成的熱量,不涉及熱能浪費。第二個區(qū)別涉及動態(tài)響應,因為頻率高達數百千赫,由于沒有高頻寄生問題,在其I-V傳遞函數曲線中,真正的電阻器可以被認為具有無限的“帶寬”。因此,電阻器上電壓的任何瞬時變化都會導致電流的相應變化。

使用并聯(lián)電源是實現(xiàn)庫存和采購、產品通用性、額外輸出電流和N+1冗余效益的一種有吸引力并可行的技術。不過,我們必須要了解可能的并聯(lián)拓撲結構,以及如何保持跨多個電源的閉環(huán)電源調節(jié)。


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