電源模塊并聯(lián)應(yīng)用的方法和注意事項

摘要：在電源系統(tǒng)設(shè)計中，當(dāng)一個電源模塊的功率無法滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求時，我們往往會考慮多個模塊的并聯(lián)使用。如果并聯(lián)設(shè)計不合理，就會導(dǎo)致并聯(lián)模塊輸出均流失效，會有燒壞電源模塊、甚至損壞后級系統(tǒng)的風(fēng)險。今天跟大家簡單分享一些造成電源模塊并聯(lián)失效的真正原因。

目前電源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢采用新型的功率器件實現(xiàn)小型、輕量、高效率的電源模塊化，通過并聯(lián)進行擴容。電源并聯(lián)運行是電源產(chǎn)品模塊化、大容量化的一個有效方案，是電源技術(shù)發(fā)展的趨勢之一，是實現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的重點。

1.不能并聯(lián)的根源
很多工程師剛接觸電路系統(tǒng)設(shè)計時，總會把多個電源模塊并聯(lián)一起使用，導(dǎo)致模塊輸出無法均流，使得模塊輸出短路、啟動異常、損壞等現(xiàn)象。要徹底解決并聯(lián)模塊均流的問題，必須從模塊的結(jié)構(gòu)和輸出特性入手，尋找根本原因。

圖1

圖 1為電源模塊的內(nèi)部等效與輸出負載特性曲線：VO=f(IO)，R為模塊的輸出阻抗（包含導(dǎo)線電阻和接觸電阻等），空載時，模塊輸出電壓為最大值VO(max)。當(dāng)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(diào)整率。負載電壓VO與負載電流IO的關(guān)系可表示為：

VO=VO(max)-R*IO

當(dāng)兩個模塊相互并聯(lián)，如圖 2所示，則有：

VO1=VO1(max)-R1*IO1

VO2=VO2(max)-R2*IO2

IO=IO1+IO2

如果兩個模塊的參數(shù)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(xiàn)負載電流均勻分配。但在實際應(yīng)用中，兩個具有相同容量的模塊，VO1(max)與VO2(max)、R1與R2的參數(shù)也不可能完全做到相同。從圖 2可以看出，由于輸出到負載RL的等效阻抗R1、R2很小，輸出電壓即便出現(xiàn)很小的差別也會引起輸出電流很大的變化。例如：當(dāng)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(tài)，影響模塊的可靠性。

圖2

通過對圖 1、圖 2的分析可知：造成相互并聯(lián)的電源模塊不均流的主要原因是輸出電壓和等效阻抗不一致。

2.并聯(lián)的解決方案
并聯(lián)電源電路的設(shè)計，要比串聯(lián)電源電路設(shè)計復(fù)雜得多，需要考慮輸出電壓差、輸出阻抗匹配、輸出電流均衡等問題。接下來為大家簡單介紹幾種在日常電源電路設(shè)計中比較常用的并聯(lián)方案，幫助工程師高效完成并聯(lián)設(shè)計任務(wù)。

a.電阻并聯(lián)法
圖 3是一種采用比較多的電源并聯(lián)方案：電源輸出電阻并聯(lián)法。在兩組模塊輸出端先分別串接電阻R1、R2，然后再并聯(lián)。此種方案主要利用電阻R1、R2上的線性電壓，使得兩組模塊盡量達到負載均衡目的，避免負載特性曲線斜率小的模塊承受大電流輸出。此并聯(lián)方案成本低，但只適合在精度要求不高、輸出功率不大的場合

圖3

b.二極管并聯(lián)法
圖 4是電源輸出二極管并聯(lián)法，在兩組模塊輸出端先分別串接二極管D1、D2，然后再并聯(lián)。此種方案與電源輸出電阻并聯(lián)法原理相同，優(yōu)點在于可以利用二極管防止不同電源模塊的輸出電流逆流到另外一個模塊，形成內(nèi)環(huán)流。

圖4

c.電流均流并聯(lián)法
圖 5是電流均流并聯(lián)法，使用特定均流IC設(shè)計電源并聯(lián)輸出，每一個被并聯(lián)的模塊都能均流輸出，提升每個模塊的可靠性，但成本相對比較高，適用于有較高精度要求的應(yīng)用場合。

圖5