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    提升功率水平或提供冗余備份的并聯設計

    發布時間: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,設計師都會并聯多個供電器或DC/DC轉換器。目前兩種最常采用的并聯方法是驅動器/倍增器(主/從)數組及DC耦合單線并聯,但兩者各有缺點,需要一種可以兼備傳統并聯方法的優點,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,設計師都會并聯多個供電器或DC/DC轉換器。無論他們選用的是哪一種并聯模式,均流是十分重要的考慮因素。因為備有均流的架構,可以減輕熱處理要求,改善瞬態反應,同時可以延長同一數組內的模塊壽命。

    目前兩種最常采用的并聯方法是驅動器/倍增器(主/從)數組及DC耦合單線并聯,但兩者各有缺點,設計師需要一種可以兼備傳統并聯方法的優點,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組,利用單線AC連接模塊,在同一時間內只有一個模塊發出指令,可以滿足他們的需要,只需要用極簡單的單線并聯架構,無論在正常或特殊的環境下操作,整個數組便能提供極佳的瞬態反應及免噪聲干擾能力。

    傳統并聯方法

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

     

    圖1:傳統并聯方法
    圖1:傳統并聯方法

    DC耦合單線并聯:并聯兩只或以上模塊。每只模塊都有智能,能自動調節輸出電壓,令數組內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,模塊與模塊間通電,牽一發而動全身。

    新的單線線并聯方案

    零電流開關的DC-DC轉換器利用獨創的負載均分方法,克服了傳統方案的缺點。這種架構容許設計師利用AC耦合單線并聯提供更多功能。

    采用零電流開關架構,每只模塊都有能力在數組內作主導。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,每個開關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為最高者,自動取代主導位置發出同步脈沖,不會影響總線輸出。

    這種民主的同步均流數組實現了簡單和無功耗的均流控制。它提供一個簡便的方案,無須感應每個模塊的電流,然后個別調節電壓。模塊的脈沖信號同時容許設計師在并聯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部或外部因素影響其他模塊,加強容錯效能。這個架構的其他優點包括優良的瞬變反應和避免多層環路控制問題。

    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)。進一步改善系統的可靠性,設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耦合或單線并聯等架構產生的潛在危機(因為單個模塊失效而影響整個數組,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

    若數組內模塊距離很遠,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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