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提升功率水平或提供冗余備份的并聯(lián)設(shè)計

發(fā)布時間:2013-03-26 責任編輯:abbywang

【導讀】為了提升功率水平或提供冗余備份,設(shè)計師都會并聯(lián)多個供電器或DC/DC轉(zhuǎn)換器。目前兩種最常采用的并聯(lián)方法是驅(qū)動器/倍增器(主/從)數(shù)組及DC耦合單線并聯(lián),但兩者各有缺點,需要一種可以兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)并聯(lián)方法的優(yōu)點,同時避免它的缺點的方法。


為了提升功率水平或提供冗余備份,設(shè)計師都會并聯(lián)多個供電器或DC/DC轉(zhuǎn)換器。無論他們選用的是哪一種并聯(lián)模式,均流是十分重要的考慮因素。因為備有均流的架構(gòu),可以減輕熱處理要求,改善瞬態(tài)反應(yīng),同時可以延長同一數(shù)組內(nèi)的模塊壽命。

目前兩種最常采用的并聯(lián)方法是驅(qū)動器/倍增器(主/從)數(shù)組及DC耦合單線并聯(lián),但兩者各有缺點,設(shè)計師需要一種可以兼?zhèn)鋫鹘y(tǒng)并聯(lián)方法的優(yōu)點,同時避免它的缺點的方法。

有一種由具有智能的模塊組成的數(shù)組,利用單線AC連接模塊,在同一時間內(nèi)只有一個模塊發(fā)出指令,可以滿足他們的需要,只需要用極簡單的單線并聯(lián)架構(gòu),無論在正?;蛱厥獾沫h(huán)境下操作,整個數(shù)組便能提供極佳的瞬態(tài)反應(yīng)及免噪聲干擾能力。

傳統(tǒng)并聯(lián)方法

大部分轉(zhuǎn)換器采取驅(qū)動器/倍增器數(shù)組來提高功率,這種數(shù)組內(nèi)通常有一個智能模塊(驅(qū)動器)及一個或多個功率模塊(倍增器)。驅(qū)動器用來設(shè)定及控制輸出電壓,而倍增器用來倍數(shù)級增大輸出功率。這只是一個單線控制循環(huán),避免環(huán)內(nèi)有環(huán)的復(fù)雜控制形成不穩(wěn)的問題,瞬態(tài)反應(yīng)極佳。但這種方法不支持冗余備份或容錯,如驅(qū)動器失效,整個數(shù)組便會停止工作。

 

圖1:傳統(tǒng)并聯(lián)方法
圖1:傳統(tǒng)并聯(lián)方法

DC耦合單線并聯(lián):并聯(lián)兩只或以上模塊。每只模塊都有智能,能自動調(diào)節(jié)輸出電壓,令數(shù)組內(nèi)所有模塊都輸出相同的電流。這個方案可支持備份,但若其中一點出現(xiàn)失誤,輕的會失去均流功能;嚴重的可能損毀所有模塊。原因是,以單線并聯(lián),模塊與模塊間通電,牽一發(fā)而動全身。

新的單線線并聯(lián)方案

零電流開關(guān)的DC-DC轉(zhuǎn)換器利用獨創(chuàng)的負載均分方法,克服了傳統(tǒng)方案的缺點。這種架構(gòu)容許設(shè)計師利用AC耦合單線并聯(lián)提供更多功能。

采用零電流開關(guān)架構(gòu),每只模塊都有能力在數(shù)組內(nèi)作主導。輸出電壓最高的模塊,會傳送一個脈沖信號,指揮其他模塊同步工作。由于模塊是在零電流瞬間開關(guān),每個開關(guān)周期傳送相等的能量,同步工作的模塊便自動均流。碰到瞬變或其中一只模塊失效,另一只模塊的輸出電壓變?yōu)樽罡哒?,自動取代主導位置發(fā)出同步脈沖,不會影響總線輸出。

這種民主的同步均流數(shù)組實現(xiàn)了簡單和無功耗的均流控制。它提供一個簡便的方案,無須感應(yīng)每個模塊的電流,然后個別調(diào)節(jié)電壓。模塊的脈沖信號同時容許設(shè)計師在并聯(lián)腳間使用電容或變壓器,做成DC絕緣耦合。這可避免導至供電失效的內(nèi)部或外部因素影響其他模塊,加強容錯效能。這個架構(gòu)的其他優(yōu)點包括優(yōu)良的瞬變反應(yīng)和避免多層環(huán)路控制問題。

利用這個AC信號(每只模塊都有的雙向接口,用來輸出及接收模塊間的信號)。進一步改善系統(tǒng)的可靠性,設(shè)計師亦可以外加一些保護措施,即除了簡單地把所有PR腳連上外,還可以把引腳電容耦合(圖2),避免DC耦合或單線并聯(lián)等架構(gòu)產(chǎn)生的潛在危機(因為單個模塊失效而影響整個數(shù)組,甚至損壞其他模塊)。如在每個模塊到總線間加上電容,也可避免上述問題。

圖2:外加把引腳電容耦合的保護措施
圖2:外加把引腳電容耦合的保護措施

若數(shù)組內(nèi)模塊距離很遠,或利用獨立電源工作,可以采用變壓器耦合變頻模塊來實現(xiàn)均流,由于均流的信號是高頻率的脈沖信號,所以可用變壓器耦合。變壓器耦合的脈沖信號可以提供較強的共模噪聲免擾性,同時與主電源隔離,保持電壓在安全的低水平。這在需要機板對機板均分負載及備份的應(yīng)用中特別有效。由于PR脈沖頻寬很窄,一個細小、低電容值的變壓器就足夠了。

圖3:使用變壓器耦合
圖3:使用變壓器耦合

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