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【導(dǎo)讀】在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)一個(gè)電源模塊的功率無(wú)法滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求時(shí)，我們往往會(huì)考慮多個(gè)模塊的并聯(lián)使用。如果并聯(lián)設(shè)計(jì)不合理，就會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)模塊輸出均流失效，會(huì)有燒壞電源模塊、甚至損壞后級(jí)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。今天跟大家簡(jiǎn)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(shì)采用新型的功率器件實(shí)現(xiàn)小型、輕量、高效率的電源模塊化，通過(guò)并聯(lián)進(jìn)行擴(kuò)容。電源并聯(lián)運(yùn)行是電源產(chǎn)品模塊化、大容量化的一個(gè)有效方案，是電源技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一，是實(shí)現(xiàn)組合大功率電源系統(tǒng)的重點(diǎn)。

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(jì)時(shí)，總會(huì)把多個(gè)電源模塊并聯(lián)一起使用，導(dǎo)致模塊輸出無(wú)法均流，使得模塊輸出短路、啟動(dòng)異常、損壞等現(xiàn)象。要徹底解決并聯(lián)模塊均流的問(wèn)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(fù)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(shí)，模塊輸出電壓為最大值VO(max)。當(dāng)負(fù)載電流變化△IO時(shí)，負(fù)載電壓變化量為△VO，△VO=R*△IO，R*△IO也表示模塊的負(fù)載調(diào)整率。負(fù)載電壓VO與負(fù)載電流IO的關(guān)系可表示為：

VO=VO(max)-R*IO

當(dāng)兩個(gè)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(gè)模塊的參數(shù)完全相同時(shí)，即：VO1(max)= VO2(max)、R1=R2，則兩條負(fù)載特性曲線重合，能實(shí)現(xiàn)負(fù)載電流均勻分配。但在實(shí)際應(yīng)用中，兩個(gè)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(fù)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(huì)引起輸出電流很大的變化。例如：當(dāng)負(fù)載RL電流由IO= IO1+ IO2增大到IO、=IO1、+IO2、時(shí)，負(fù)載特性曲線斜率小的模塊1將承受大部分負(fù)載電流，模塊1將運(yùn)行在滿載或過(guò)載限流狀態(tài)，影響模塊的可靠性。

圖2

通過(guò)對(duì)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(jì)，要比串聯(lián)電源電路設(shè)計(jì)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(wèn)題。接下來(lái)為大家簡(jiǎn)單介紹幾種在日常電源電路設(shè)計(jì)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(jì)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(dá)到負(fù)載均衡目的，避免負(fù)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(chǎng)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(diǎn)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(gè)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(jì)電源并聯(lián)輸出，每一個(gè)被并聯(lián)的模塊都能均流輸出，提升每個(gè)模塊的可靠性，但成本相對(duì)比較高，適用于有較高精度要求的應(yīng)用場(chǎng)合。

圖5