多個(gè)電源模塊并聯(lián)應(yīng)用的方法

工程師在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)一個(gè)電源模塊無(wú)法滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，通常會(huì)采用多個(gè)電源模塊并聯(lián)應(yīng)用。電源并聯(lián)運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)大容量、大功率電源系統(tǒng)的關(guān)鍵，不過(guò)若是并聯(lián)太多模塊，將會(huì)影響均流和可靠性，并聯(lián)設(shè)計(jì)方案不當(dāng)，嚴(yán)重的還會(huì)燒毀模塊和后級(jí)電路。

目前常用的電源并聯(lián)電路設(shè)計(jì)方案有電阻并聯(lián)法、電流均流并聯(lián)法和二極管并聯(lián)法三種。電阻并聯(lián)法是指在模塊輸出端外分別串接電阻再并聯(lián)，原理是利用電阻的線性電壓實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，適用于輸出功率不大、準(zhǔn)確度要求不高的場(chǎng)合。

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大功率開(kāi)關(guān)型高壓直流電源廣泛應(yīng)用于靜電除塵、水質(zhì)改良、機(jī)和CT機(jī)等大型設(shè)備。電壓高達(dá)50~l59kV,電流達(dá)到0.5A以上,功率可達(dá)100kW。自從70年,日本的一些公司開(kāi)始采用逆變技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻,然后升壓。進(jìn)入80年代,高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國(guó)西門(mén)子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件,將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。已被大型計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航空航天、工業(yè)控制等系統(tǒng)逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3。國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制,市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,后整流為直流高壓。在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHz。

Ott關(guān)于不同模式電磁干擾水平的公式(2)示意了回路面積對(duì)電路電磁干擾水平產(chǎn)生的直接線性影響。E=263×10-16(f2AI)(1/r) (2)輻射場(chǎng)正比于下列參數(shù)：涉及的諧波頻率(f，單位Hz)、回路面積(A，單位m2)、電流(I)和測(cè)量距離(r，單位m)。此概念可以推廣到所有利用梯形波形進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的場(chǎng)合，不過(guò)本文僅討論電源設(shè)計(jì)。參考圖4中的交流模型，研究其回路電流流動(dòng)情況：起點(diǎn)為輸入電容器，然后在Q1導(dǎo)通期間流向Q1，再通過(guò)L1進(jìn)入輸出電容器，后返回輸入電容器中。當(dāng)Q1關(guān)斷、Q2導(dǎo)通時(shí)，就形成了第二個(gè)回路。之后存儲(chǔ)在L1內(nèi)的能量流經(jīng)輸出電容器和Q2，如圖5所示。電源模塊通電后快速燒毀的原因通電后快速燒毀的原因：（1）輸入電壓極性接反了（2）輸入電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)稱(chēng)電壓（3）輸出端極性電容接反了（4）輸出電路易引起短路或者外接負(fù)載在上電瞬間存在大電流解決方法：需要重新檢查一遍電路進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化或者調(diào)整電壓。這些回路面積控制對(duì)于降低電磁干擾是很重要的，在PCB走線布線時(shí)就要預(yù)先考慮清器件的布局問(wèn)題。當(dāng)然，回路面積能做到多小也是有實(shí)際限制的。

絕緣柵雙極性晶體管（Insulated Gate Bipolar tansistor，IGBT）是一種復(fù)合開(kāi)關(guān)器件，關(guān)斷時(shí)的電流拖 尾會(huì)導(dǎo)致較大的關(guān)斷損耗，如果在關(guān)斷前使流過(guò)它的電流降到零，則可以顯著地降低開(kāi)關(guān)損耗，因此IGBT宜采用零電流（ZCS）關(guān)斷方式。IGBT在 零電壓條件下關(guān)斷，同樣也能減小關(guān)斷損耗，但是MOSFET在零電流條件下開(kāi)通時(shí)，并不能減小容性開(kāi)通損耗。諧振轉(zhuǎn)換器（ResonantConverter ，RC）、準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器（Qunsi-Tesonant Converter，QRC）、多諧振轉(zhuǎn)換器（Multi-ResonantConverter，MRC）、零電壓開(kāi)關(guān)PWM轉(zhuǎn)換器（ZVS PWM Converter）、零電流開(kāi)關(guān)PWM轉(zhuǎn)換器（ZCS PWM Converter）、零電壓轉(zhuǎn)換（Zero-Voltage-Transition，ZVT）PWM轉(zhuǎn)換器和零電流轉(zhuǎn)換（Zero- Voltage-Transition，ZVT）PWM轉(zhuǎn)換器等，均屬于軟開(kāi)關(guān)直流轉(zhuǎn)換器。盡管本文所討論的原理適用于廣泛的電源設(shè)計(jì)，但我們?cè)诖酥魂P(guān)注直流到直流的轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗膽?yīng)用相當(dāng)廣泛，幾乎每一位硬件工程師都會(huì)接觸到與它相關(guān)的工作，說(shuō)不定什么時(shí)候就必須設(shè)計(jì)一個(gè)電源轉(zhuǎn)換器。電力電子開(kāi)關(guān)器件和零開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的發(fā)展，促使了高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展。