Параллельное подключение источников питания для увеличения мощности без ухудшения рабочих характеристик

Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Мы продолжаем знакомить читателей с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания (ИП), современным решениям в данной области и уникальным функциям, помогающим решить самые сложные задачи, возникающие при тестировании. В этом номере ведущий раздела по системам электропитания объединенного блога Keysight Technologies в России Алексей Телегин обсуждает особенности параллельного подключения ИП.

Различные варианты подключения ИП помогают пользователю решать конкретные прикладные задачи. Известны схемы последовательного подключения ИП для получения большего напряжения, а также параллельного подключения — для получения большего тока (следует отметить, что схемы сопровождает список требований и мер предосторожности). Вопрос «Как получить больше мощности от источников питания?» не теряет своей актуальности.

Параллельное подключение нескольких источников питания для увеличения напряжения связано с определенными проблемами, поскольку между источниками всегда будет наблюдаться некоторый дисбаланс напряжений. Поэтому один блок является источником напряжения, а остальные блоки соединены параллельно и работают в режиме стабилизации тока. Для поддержания такого режима предел выходного напряжения всех источников питания, действующих в режиме стабилизации тока (СС), должен быть установлен на большее значение, чем в ведущем источнике питания, находящемся в режиме стабилизации напряжения (CV) (схема на рис. 1).

Рис. 1 Параллельное подключение источников питания для получения большей мощности

При сохранении высокого уровня нагрузки параллельно соединенные блоки работают в соответствующих режимах (в данном случае как минимум 2/3 нагрузки). Но что произойдет, если не удается поддерживать высокий уровень нагрузки? На самом деле при таком подходе можно работать и при меньших нагрузках. В этом случае необходимо установить одинаковый уровень напряжения на всех блоках. Теперь при полной нагрузке блоки будут работать по той же схеме (см. выше), а блок с самым низким значением напряжения — в режиме стабилизации напряжения. Однако при снятии нагрузки более низковольтные блоки перейдут в нестабилизированный режим работы, а блок с наибольшим напряжением будет сохранять общую выходную мощность в режиме стабилизации напряжения. Эта схема показана на рис. 2 для нагрузки в пределах 0–1/3.

Рис. 2. Состояния параллельно подключенных источников питания при малой нагрузке

В результате наблюдается небольшое ухудшение рабочих характеристик. Переход между предельными значениями наименьшего и наибольшего напряжения влияет на регулирование напряжения. Кроме того, поскольку разным блокам питания приходится переключаться между режимами стабилизации напряжения, стабилизации тока и нестабилизированным режимом работы, значительно страдают характеристики напряжения переходных процессов.

Усовершенствованная версия метода параллельного подключения заключается в создании схемы «ведущий-ведомый» с управляющими сигналами для распределения тока между блоками. В источниках питания Keysight серии N5700A и N8700A реализована схема управления, приведенная на рис. 3.

Рис. 3. Параллельное подключение N5700A (используется измерение по 2-проводной схеме)

При такой схеме подключения ведущий блок, работающий в режиме стабилизированного напряжения, выдает аналоговый выходной сигнал программирования по току ведомому блоку, действующему в режиме стабилизации тока. Соответственно, оба блока равномерно распределяют ток нагрузки в широком диапазоне.

Тем не менее схема из нескольких блоков, в которой только один блок работает в режиме стабилизации напряжения, не обеспечивает такой же хорошей динамической характеристики, как один источник напряжения большей мощности. В источниках питания производительной системы питания Keysight Advanced Power System (APS) серии N6900A/N7900A реализован уникальный инновационный подход, обеспечивающий безупречное функционирование параллельно подключенных блоков питания без ухудшения рабочих характеристик. На рис. 4 показана схема параллельного подключения блоков Keysight APS серии N6900A/N7900A.

Рис. 4. Параллельное подключение источников питания APS серии N6900A/N7900A

В схеме параллельного подключения источников питания APS серии N6900A/N7900A также используется аналоговый управляющий сигнал для приведения в действие механизма распределения тока. При этом в данной схеме отсутствуют ведущее и ведомые устройства. Все блоки находятся в режиме стабилизации напряжения при равномерном распределении тока. Это позволяет пользователю легко рассчитать размеры и параметры планируемой системы электропитания без необходимости учитывать возможное ухудшение рабочих характеристик.