DC-DC 轉(zhuǎn)換器并聯(lián)指南

作者： Ganmar Technologies

簡介

在設(shè)計電源系統(tǒng)時，通常會根據(jù)負載在啟動和穩(wěn)態(tài)條件下所需的輸出功率、噪聲特征和穩(wěn)定性來確定各種子功能。確保功率穩(wěn)定至關(guān)重要，必須制定明確的規(guī)定和要求，以管理功率瞬變、輸入功率變化以及系統(tǒng)相應(yīng)的適應(yīng)或響應(yīng)能力。尺寸、重量、成本和可靠性等其他因素也是重要的考慮因素。

在開發(fā)符合這些規(guī)格的概念設(shè)計時，工程師通常會參考公司或行業(yè)內(nèi)的現(xiàn)有產(chǎn)品進行重復(fù)使用，以高效地實現(xiàn)必要的功能。推動產(chǎn)品重復(fù)使用的主要原因是管理層希望降低成本、縮短開發(fā)周期并將風(fēng)險降至最低。在這一過程中，設(shè)計人員可能會遇到現(xiàn)有 DC-DC 轉(zhuǎn)換器無法滿足所需功率輸出的情況，從而產(chǎn)生這樣的問題：能否通過并聯(lián)多個 DC-DC 轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)所需的功率水平？

這篇博客將介紹并聯(lián) DC-DC 轉(zhuǎn)換器的注意事項和限制。

注意事項

將兩個或多個 DC-DC 轉(zhuǎn)換器并聯(lián)起來實現(xiàn)兩倍或三倍的降額功率，這很有吸引力。但是，正如我們要討論的那樣，這種方法并不簡單，而且會帶來很多挑戰(zhàn)。潛在問題包括系統(tǒng)不穩(wěn)定、紋波較高、印刷線路板 (PWB) 空間利用效率低等，這些問題可能會使并聯(lián)多個轉(zhuǎn)換器的好處得不償失。

最簡單的解決方案是評估負載是否可以分割。如果負載由多個設(shè)備組成，則可能就不需要并聯(lián)轉(zhuǎn)換器輸出。而是為每個子負載指定一個轉(zhuǎn)換器，如圖 1 所示。

圖 1：使用多個轉(zhuǎn)換器為多個負載供電。（圖片來源：Ganmar Technologies）

確保您的負載回線采用常見的“開爾文”單點星形配置。這樣可以最大限度地降低接地回路風(fēng)險，但關(guān)鍵是要咨詢系統(tǒng)接地設(shè)計團隊獲取具體建議。

如果負載無法分割，就必須采用較復(fù)雜的并聯(lián)方式了。大多數(shù)轉(zhuǎn)換器的反饋信號是從連接到負載的輸出直接采樣的。這個反饋節(jié)點會顯著影響回路性能并可能導(dǎo)電路不穩(wěn)定。為避免這個問題，了解內(nèi)部反饋回路的工作原理及其集成方式非常重要。為控制和確保電力在并聯(lián)轉(zhuǎn)換器間均勻分布，附加電路是必不可少的。盡管進行這個設(shè)計可能錯綜復(fù)雜，好在許多廠家都為實現(xiàn)這種方式提供了說明文檔和指導(dǎo)。但是，設(shè)計和測試仍然具有挑戰(zhàn)性，需要知識淵博、經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員。由于這些設(shè)計涉及具體所使用的轉(zhuǎn)換器，因此本博客將不再詳述。

并聯(lián)電流源轉(zhuǎn)換器

圖 2 顯示了兩個轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的簡化模型。當(dāng)轉(zhuǎn)換器起著電流源功能時，并聯(lián)它們就會產(chǎn)生單個電流之和。

圖 2：并聯(lián)電流源轉(zhuǎn)換器的示意模型。（圖片來源：Ganmar Technologies）

并聯(lián)使用 GMR10DX 轉(zhuǎn)換器

Ganmar Technologies 的 [GMR10Dx 系列]電源轉(zhuǎn)換器采用的拓撲結(jié)構(gòu)允許其輸出表現(xiàn)像電流源一樣。在圖 3 中，反饋回路連接到變壓器的初級側(cè)，與輸出負載電路完全隔離。

圖 3：GMR10Dx 拓撲。（圖片來源：Ganmar Technologies）

如圖 4 所示，并聯(lián)這些轉(zhuǎn)換器只需極少的額外電路，主要是加入降壓電阻器。降壓電阻器有助于適應(yīng)每個轉(zhuǎn)換器輸出電壓的變化。在使用 GMR10DX 系列時，為其他輸出提供最小負載以確保良好的穩(wěn)壓性能也是一種絕佳的做法。此外，還有一個集成電路供電標(biāo)準(zhǔn)做法，就是在負載點放置 22 uF/25 V MLCC 電容器（X7R 或 X5R）和 470 uF/35 V 鉭電容器，以緩沖本地脈沖電流。另外要注意熱管理，因為重負載可能會超出元件的額定值。如需幫助，Ganmar Technologies 的技術(shù)支持部門可以幫您解決設(shè)計難題。

圖 4：并聯(lián)轉(zhuǎn)換器為更大負載供電。（圖片來源：Ganmar Technologies）

其他建議

接地管理是系統(tǒng)設(shè)計的一個重要方面，但有時會被忽視。當(dāng)使用經(jīng)整流的交流電源（單相或三相）為轉(zhuǎn)換器供電時，建議將初級側(cè)回線分開。

結(jié)語

使用多個 DC-DC 轉(zhuǎn)換器為負載提供更高的啟動或偏置功率是可行的。如果負載由多個設(shè)備組成，則每個設(shè)備可由單獨的轉(zhuǎn)換器供電，所有轉(zhuǎn)換器都連接到一個公共回線上。對于不可分割的負載，轉(zhuǎn)換器必須并聯(lián)，同時注意反饋回路的穩(wěn)定性。GMR10Dx 系列只需最少的附加元件即可并聯(lián)，而且 Ganmar Technologies 還提供技術(shù)支持，幫助您了解應(yīng)用細節(jié)。

審核編輯 黃宇