DC-DC模塊串并聯(lián)應(yīng)用及其電源保護(hù)技術(shù)

　　1、前言

　　對(duì)當(dāng)今新型的DC-DC直流變換模塊只是在—個(gè)CMOS芯片上就可集成了高頻功率MOSFET、PWM控制器、故障保護(hù)及其它控制電路,有效地節(jié)約了成本.其性能包括短路及開(kāi)環(huán)保護(hù)、可編程的限流點(diǎn)、輸入電壓欠/過(guò)壓保護(hù)、遲滯熱關(guān)斷、軟啟動(dòng)、反饋補(bǔ)償及遙控開(kāi)/關(guān)機(jī).與傳統(tǒng)的分立設(shè)計(jì)相比,該Switch芯片可節(jié)省20多個(gè)外圍元件,極大地節(jié)省了電路板空間及成本.實(shí)現(xiàn)了體積小、重量輕、低成本、高效率、能適合各種應(yīng)用的DC-DC電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì).而隨著各類(lèi)工控與便攜設(shè)備發(fā)展變化與需求,對(duì)電源功率的要求也增多,而DC-DC模塊串并聯(lián)應(yīng)用是最佳選擇,伴隨的是到模塊電源到的保護(hù)功能也顯得格外重要,為此本文將對(duì)其應(yīng)用與實(shí)例與技術(shù)作研討.

　　2、DC-DC模塊的串并聯(lián)應(yīng)用

　　2.1多路輸出模塊是常用的選擇

　　多路輸出的模塊在選擇和應(yīng)用時(shí)要了解各路輸出之間的交互調(diào)節(jié)特性.多路輸出的模塊有幾種.其一,各路都是穩(wěn)壓的且各路均可任意加載,其特性最好,其二,主路輸出穩(wěn)壓,其它各路跟隨,付路的負(fù)載調(diào)整率較差且與主路負(fù)載有很大關(guān)系,如果主路載輕時(shí),付路加載時(shí)可能輸出電壓會(huì)很低;其三,不分主、付路,各路的加載特性相同且都不是很好,但各路可隨意加載,如果其中一路空或載很輕時(shí)其輸出電壓會(huì)比其它各路都高,加載最重的輸出電壓最低.當(dāng)然首要的是應(yīng)仔細(xì)閱讀技術(shù)手冊(cè).

　　2.2 DC-DC模塊串聯(lián)應(yīng)用

　　電源模塊的輸出電壓的串聯(lián)使用是可能的,最多能串聯(lián)幾臺(tái)運(yùn)行要看具體的型號(hào)和應(yīng)用.為了獲得高輸出電壓,兩個(gè)模塊的串聯(lián)運(yùn)行如圖1所示.每個(gè)模塊的輸出并聯(lián)了一個(gè)反向二極管,它能使反向電壓旁路,在上電啟動(dòng)時(shí)不會(huì)由于啟動(dòng)時(shí)間不同而相互影響.此二極管應(yīng)選肖特基二極管,其反壓應(yīng)大于總輸出電壓,電流應(yīng)大于兩倍額定輸出電流.

　　為獲得高輸出電壓,同一模塊的雙路輸出的串聯(lián)如圖2所示.如果串聯(lián)運(yùn)行時(shí)使用模塊的正負(fù)輸出,且正電源側(cè)的負(fù)載和負(fù)電源側(cè)的負(fù)載完全分離,則就不需加上述二極管,如圖3.此應(yīng)用類(lèi)似組成正負(fù)電源系統(tǒng).在串聯(lián)應(yīng)用時(shí)要使兩模塊的性能盡量匹配,特別是上電啟動(dòng)特性和一些保護(hù)特性.建議盡量使用同一型號(hào)的模塊.

　　2.3 DC-DC模塊并聯(lián)使用

　　電源模塊的并聯(lián)有兩方面的作用,一是增加輸出功率,二是增加電源系統(tǒng)的可靠性.增加輸出功率的使用,一般情況下是單個(gè)模塊的輸出功率不能滿(mǎn)足要求,因此需要兩個(gè)或多個(gè)模塊并聯(lián),這樣就要求各模塊之間的均流要好,這種均流不能單靠輸出端并聯(lián)或把輸出電壓調(diào)為一致實(shí)現(xiàn),因?yàn)槟K的輸出阻抗、溫漂等都不相同,會(huì)使負(fù)載不均衡.這種并聯(lián)需要模塊具有此項(xiàng)功能才能實(shí)現(xiàn),如BCT公司 的300W和600W帶PC端子和CS端子的模塊,有PC端子的可直接并聯(lián),PC端連在一起,有CS端子的模塊需外加并聯(lián)均流電路.使用者在使用時(shí)須注意,輸出電路形式為自驅(qū)同步整流電路的,輸出端不能直接并聯(lián).

　　為了增加電源系統(tǒng)可靠性的并聯(lián),我們稱(chēng)之為熱備份使用,或冗余并聯(lián),如圖4.此種并聯(lián)的要求是,每一個(gè)模塊都可單獨(dú)提供100%的負(fù)載電流, 因此并聯(lián)使用時(shí)不存在均流的要求,兩者都在提供電流,相互之間互為熱備份.

　　2.31新型DC-DC模塊的并聯(lián)輸出應(yīng)用舉例

　　為此以美國(guó)Vicor公司的300V輸入系列高密度DC-DC中功率微型模塊為典型例作應(yīng)用說(shuō)明.

　　*特征

　　該300V輸入系列高密度DC-DC模塊有7種中功率級(jí)的型號(hào),其中兩個(gè)50W模塊的輸出電壓為3.3V及5V;75W模塊的輸出電壓分別為12V、15V、24V、28V及48V模塊.很適合離線功率系統(tǒng)、工業(yè)及流程控制、分布式電源、醫(yī)療、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、通訊、國(guó)防及航空航天等應(yīng)用.

　　這些300V輸入微型模塊型號(hào)為功率較低的應(yīng)用提供了具成本益的解決方案.這些轉(zhuǎn)換器的標(biāo)稱(chēng)值是300V,輸入范圍從180V至375V,功率密度達(dá)90W/in3,效率達(dá)90%.模塊均符合RoHS規(guī)格,產(chǎn)品面積57.9 x 36.8 x 12.7mm及基板上高度為10.9mm.

　　*并聯(lián)輸出應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　Vicor全型、小型和微型模塊可以并聯(lián)多只同規(guī)格轉(zhuǎn)換器模塊,以擴(kuò)大輸出功率.它們以陣列內(nèi)的模塊以并聯(lián)信號(hào)來(lái)互相傳遞訊息,令各模塊的開(kāi)關(guān)頻率同步,達(dá)至均流.在并聯(lián)陣列內(nèi),會(huì)用PR引腳的功能,只容許一個(gè)模塊變?yōu)轵?qū)動(dòng)器,其余模塊自動(dòng)變?yōu)楸对銎?連接PR腳應(yīng)謹(jǐn)慎適當(dāng).如需要并聯(lián)四個(gè)或以上的轉(zhuǎn)換器,或陣列需要容錯(cuò)﹑冗余,可使用Vicor的 PR變壓器.把SC引腳連到感應(yīng)腳便可把模塊設(shè)定為倍增器,這在需要寬度調(diào)節(jié)的應(yīng)用特別適合,只需微調(diào)驅(qū)動(dòng)器模塊,便可調(diào)高或調(diào)低整個(gè)陣列的電壓.在冗余陣列中所有電感應(yīng)腳必須連接到輸出二極管(陰極)的共通點(diǎn).

　　圖5 為300V輸入微型中功率模塊并并聯(lián)輸出應(yīng)用連接圖.圖中連接注意:在設(shè)計(jì)+Out及-Out之母線時(shí),應(yīng)考慮避免或減少?gòu)哪K輸出至負(fù)載間之寄生阻抗;所有模塊之+S腳應(yīng)連接至正母線上的一共通點(diǎn).-S腳則連接至負(fù)母線上的同一點(diǎn);設(shè)計(jì)者可把部分模塊之SC腳連接至-S腳,使其成為輔從模塊;可用或門(mén)二極管串聯(lián)每個(gè)模塊之+Out腳,以達(dá)至容錯(cuò)之效果

　　2.32并聯(lián)輸出在電動(dòng)汽車(chē)與直升飛機(jī)模擬飛行器顯示屏上的應(yīng)用

　　3.31用于電動(dòng)汽車(chē)

　　這個(gè)項(xiàng)目是并聯(lián)兩只DC-DC模塊,組成均流和電池充電器電路,從高壓蓄電池取電,轉(zhuǎn)壓為12V為Smart Car供電.這電動(dòng)汽車(chē)并非電氣油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),它是透過(guò)一類(lèi)放置在車(chē)廂地板上絕緣箱內(nèi)的316Vdc電池,經(jīng)過(guò)精密的電子發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車(chē).簡(jiǎn)而言之,Vicor模塊用作固態(tài)發(fā)電,雖然車(chē)上已有一個(gè)12V充電池,供應(yīng)最高功率和緊急后備電源,而兩類(lèi)Vicor模塊則用作為車(chē)內(nèi)照明、指示燈、擋風(fēng)玻璃水拔、標(biāo)板儀及車(chē)內(nèi)音響娛樂(lè)設(shè)備供電,以保證12V電波不會(huì)過(guò)勞,延長(zhǎng)電池壽命.

　　3.32用于直升飛機(jī)模擬飛行器顯示屏

　　仿真飛行器是訓(xùn)練飛行員的重要儀器,它可幫助飛行員體驗(yàn)最接近真實(shí)飛行的情況.這個(gè)客戶(hù)的主要業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)高解像顯示系統(tǒng),應(yīng)用范圍包括仿真器、指揮與控制及虛擬現(xiàn)實(shí)等系統(tǒng).顯示儀基本的特征是高解像、寬廣視野、亮度和色彩對(duì)比適中,以滿(mǎn)足最嚴(yán)格的飛行模擬訓(xùn)練,如訓(xùn)練飛行員登陸及起飛,復(fù)雜的戰(zhàn)斗,如空對(duì)空及空對(duì)地.