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導軌式開關電源並聯和冗餘技術在實踐中的應用

2019-12-25

隨著工業控製係統的不斷大型化、複雜化及綜合化,對於控製係統的能源的提供者—工業導軌式開關電源的要求也越來越高了,其集中體現在如何提供大功率的開關電源和如何提高導軌式開關電源的使用的可靠性,為了達到這個目的,導軌式開關電源的並聯技術和冗餘功能得到了很大的發展。市場上也出現了不少具有並聯和冗餘功能的導軌式開關電源。但是在生產實踐中如何正確地使用和選擇導軌式開關電源來實現並聯和冗餘的功能,仍存在不少問題。比如說:如何能實現100%的冗餘功能,不同功率的電源在並聯時會產生什麽樣的問題,電源內部的調節性能對並聯運行的電源產生的影響,並聯電源安裝位置及排列對電源使用壽命的影響,以及采用不同電源啟動時間對並聯運行可能帶來的後果等。本文將對實踐中使用導軌式開關電源並聯和冗餘技術的問題作些探討。

2 、不同的開關電源啟動特性對並聯運行電源的影響


  不同的電源的啟動特性對電源並聯運行的正常與否將會產生很大的影響,由於開關電源在上電後大約需要0.3~1.5s的時間才能使輸出電壓穩定。而采用啟動時間的差別較大的開關電源時,往往會給並聯運行電路的正常啟動帶來很大的麻煩。如果兩個開關電源並聯工作,其中一個電源啟動時間比較短,隻需0.3s,其電壓很快就穩定下來,馬上承擔負載的電流;而在第一電源輸出電壓已穩定的情況下另一個並聯開關電源仍處於啟動狀態,不能正常工作,這時第一個電源必須承擔全部的負載電流,從而進入過負載狀態,電源安全裝置起作用,關斷輸出電壓;恰在此時,另一個開關電源進入穩定狀態,輸出電壓承受負載電流,此時第一個電源因為輸出電壓已關斷,第二個開關電源必須承受所有的負載,則又進入過負載狀態,引起第二個開關電源關斷。在電路設計時如果沒有充分考慮到保險措施的話,往往會將電源燒壞或者常常要啟動多次才會進行正常工作的狀態。因此電源在並聯工作時必須考慮到開關電源的啟動時間。一般的經驗是開關電源的啟動時間必須小於20%的電源過負載的時間,這樣才能保證在並聯運行時可靠啟動,同時建議可並聯的開關電源不要采用Hiccup輸出負載特性,這樣會給電源的診斷帶來困難。德國PULS電源集團公司(以下簡稱PULS公司)的新一代產品DIMENSION充分考慮了電源並聯工作時特點,加大了電源的過負載能力,其POWER OVERLOAD具有可維持4秒鍾的150%過負載能力。這樣,PULS電源並聯工作是就不必考慮電源的啟動時間的影響,大大方便了使用者和設計者。

  3 、突變輸出負載對並聯運行的導軌式開關電源的影響

  在並聯運行時,電源中為了給它的控製電路供電,須提供一個輔助電壓,這在啟動時通過采用一個電容來實現(這也就是為什麽電源啟動時有延遲時間的原因)。當電源的功率部分正常工作後,其控製電路由本身的電源供電,當兩個電源並聯運行時,如果一開始帶的負載很少,那麽其中一個電源的功率部分基本關斷(這不僅對被動式或主動式均流方法都是一樣的)。這時這個電源的內部的輔助電源也關斷了,當負載突變時,這個電源必須像啟動狀態一樣,慢慢地重新建立起來,這要經過一個延遲(大約0.5s)才能使電源功率部分正常工作,在這延遲時間內,隻有一個電源進行工作,而且處於負載電流的極限狀態,這時往往會引起過載保護動作,切斷輸出的電壓。因此並聯運行的電源必須保證在電源空載的情況下,內部輔助電源照常工作,這樣,當出現突變負載時所有電源能及時地分擔負載。在並聯運行時,並聯運行的電源應該具有承受較高外來電壓的能力,不然的話,一個較高的外來電壓將會損壞並聯電源。為了避免這種現象的發生,須考慮串接一個隔離二極管。PULS公司的DIMENSION充分考慮了突變輸出負載的特點,通過加大了電源的過負載能力,來解決由於負載突變而可能發生電源瞬間過負載的問題。這樣,PULS電源並聯工作方法比一般的開關電源的並聯來的更加可靠、安全和方便。

導軌式開關電源

  4、 導軌式開關電源的簡單的並聯運行模式

  在使用導軌式開關電源時,為了提供超過單個電源所能達到的輸出最大功率,可以通過電源並聯的方法來增加輸出的電流量。簡單的並聯運行模式是要求二個或多個電源直接並聯,而不產生任何損壞的現象,其重要的一點就是電源對輸出功率的承受力,所謂的簡單並聯並不考慮電流的均流問題,而是考慮在啟動時或負載變化時的並聯電源可能產生的問題。人們將兩個電源簡單地並聯起來,並將它的輸出電源調整到盡可能一致,這樣在工作實踐中往往會出現這種現象:電源1首先承擔全部負載,一直到它的電流極限,然後電源2承受餘下的電流,如果這樣並聯運行作為冗餘功能使用,同時采用不同的輸入源的工作的話,那麽這種方式是受歡迎的,因為它可以對輸入源壽命起延長保護作用(如電池等)。如果這樣並聯運行作為提高輸出總功率,即加大電流量的情況下,這種不均流的工作方式將帶來不良的後果,因為這樣一個電源一直工作在滿負載的狀態下,其電源的壽命大大減少,並聯電源的可靠性大大降低,這個電源往往也會過早地損壞。所以一般並聯電源必須合理地分配電流,這裏有兩種實現的方法。

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