模塊電源設(shè)計(jì)方法以及串并聯(lián)應(yīng)用分析

電源模塊是目前設(shè)計(jì)人員的最佳選擇，以模塊式電源取代分立式組件的設(shè)計(jì)方案，好比使用微處理器來(lái)替代集成電路，它可以更靈活、更快捷地完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)，縮短產(chǎn)品開發(fā)或更改設(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間，節(jié)省人力及技術(shù)投資。

系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)是應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)極重要的工作，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)是否能正常工作起著至關(guān)重要的作用。因此，在開發(fā)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，如果最后才設(shè)計(jì)電源的話，往往很容易導(dǎo)致成本增加及可靠度下降，一開始就將電源在系統(tǒng)中進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，就能節(jié)省開支、縮短開發(fā)時(shí)程并提高產(chǎn)品的可靠度。

電源模塊選用方法

電源模塊的選用，首先必須確定電源規(guī)格，主要為電源功率、電源輸出電壓、輸出端口數(shù)及電源尺寸。而在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，則盡可能選用市場(chǎng)上通用的電源模塊，這些電源大多可與其他品牌模塊電源接口通用。如此可縮短設(shè)計(jì)及開發(fā)時(shí)程、降低成本并提高產(chǎn)品可靠度。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可將電源模塊搭配不同的組合方式來(lái)達(dá)到提高輸出電壓、輸出電流或備份應(yīng)用，有效的減少系統(tǒng)電源的種類，提高電源模塊的共享性及可靠度。

電源模塊串聯(lián)應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，由于板載面積、成本要求、特殊應(yīng)用等需求，電源模塊產(chǎn)品常常需要串聯(lián)工作以獲得較高的輸出電壓，其組合應(yīng)用方式分述如下。

1.雙路輸出電源模塊：

圖2-1為一般常見(jiàn)的串聯(lián)工作應(yīng)用，為了獲得較高的電壓輸出，可將兩個(gè)電源模塊的輸出串聯(lián)起來(lái)，然后直接與負(fù)載連接，可得到兩組輸出相加之后的輸出電壓(Vo1+Vo2)。

建議用戶在各組輸出并上二極管，用來(lái)防止兩組輸出因啟動(dòng)時(shí)間差，在輸出端產(chǎn)生不正常的電流路徑所造成的不良影響，串聯(lián)后的輸出電壓，可再加上輸出電容，用以降低因兩電源模塊差頻所造成的Ripple Noise。

2.雙路輸出電源模塊：

圖2-2為兩個(gè)雙路輸出電源模塊串聯(lián)接線方式，因此，可得到四組Vout相加后的輸出電壓。單一個(gè)雙路輸出電源模塊，其兩組輸出之啟動(dòng)時(shí)間是一致的，故僅需在+/-Vo1及+/-Vo2各并上二極管即可，如圖左所示。在右圖中，輸出端共并上4顆二極管，此方式亦可行，但較浪費(fèi)成本。串聯(lián)后的輸出電壓，可再加上輸出電容，用以降低因兩電源模塊差頻所造成的Ripple Noise。

二極管的選用，應(yīng)選擇正向?qū)▔航档偷亩O管，如蕭特基二極管，且其反向耐壓應(yīng)大于對(duì)應(yīng)的電源輸出電壓，順向電流額定值應(yīng)大于串聯(lián)負(fù)載電流。

電源模塊并聯(lián)應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，電源模塊可透過(guò)兩組或多組并聯(lián)，來(lái)達(dá)到多倍的輸出功率，供系統(tǒng)使用。一般的電源模塊大多為固定電壓輸出，除非電源模塊本身具有可并聯(lián)操作功能，否則不應(yīng)該并聯(lián)使用。主要的考慮點(diǎn)在于兩個(gè)電源模塊的輸出電壓調(diào)整不可能完全相等，那么輸出電壓較高的模塊將會(huì)提供全部的負(fù)載電流。其次，即使兩個(gè)電源模塊的輸出電壓調(diào)整為完全相等，也會(huì)由于兩者不同的輸出阻抗及其隨時(shí)間和溫度不同產(chǎn)生的變化，將會(huì)造成兩個(gè)電源模塊的負(fù)載電流不平衡，因此，與串聯(lián)應(yīng)用相比，電源模塊輸出的并聯(lián)就相對(duì)困難許多。下面就幾個(gè)常見(jiàn)的電源模塊并聯(lián)應(yīng)用方式說(shuō)明如下。

1.DropResistor：

在兩組電源模塊的輸出端，分別串接Drop電阻，再并聯(lián)使用，如圖3-1所示。此種方式主要利用輸出電流對(duì)R1及R2形成的線性電壓降，使得兩組電源模塊會(huì)盡量達(dá)到平衡供應(yīng)負(fù)載的目的，避免輸出電壓較高的電源模塊來(lái)提供大部份的負(fù)載需求。

此種方式的成本較低，適合使用在精度要求不高的系統(tǒng)應(yīng)用中。

2.DecouplingDiode：

圖3-2為使用Decoupling Diode方式的輸出并聯(lián)應(yīng)用方式，其方式為在二組電源模塊的輸出端，分別串接上二極管，再并聯(lián)使用。其原理與Drop Resistor相同，使用D1與D2取代電阻的作用，而使用二極管的好處，還可用來(lái)防止不同電源模塊之輸出電壓逆流到另一個(gè)電源模塊，這在某些電源架構(gòu)上是需要的。

此種方式的成本較低，適合使用在精度要求不高的系統(tǒng)應(yīng)用中。

3.CurrentShare：

如圖3-3，為使用Current share專用IC進(jìn)行并聯(lián)使用，在此種方式，每一個(gè)電源模塊本身需具備有Remote sense或Trim的功能，方可進(jìn)行均流控制。

依據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，此種方式的每一個(gè)電源模塊都可以均流輸出，對(duì)電源模塊的壽命有幫助，但成本相對(duì)較高，適合應(yīng)用于有較高精確度要求的應(yīng)用場(chǎng)合。

電源模塊備援應(yīng)用舉例

利用電源模塊備援功能應(yīng)用主要是將兩個(gè)相同的模塊輸出通過(guò)二極管后并聯(lián)連接，可使輸出能力倍增，同時(shí)提高了電源系統(tǒng)的可靠度。備援系統(tǒng)大多以N+1來(lái)表示，即以N個(gè)電源模塊提供系統(tǒng)所需的額定電源，另外至少再多1組電源模塊，做為備援用途，以防止電源模塊產(chǎn)生不良時(shí)造成系統(tǒng)無(wú)法持續(xù)運(yùn)作，維持系統(tǒng)的正常運(yùn)作。如果再搭配允許熱插拔的電源模塊及相應(yīng)輸出的警報(bào)電路，將電源模塊放在可以拆卸的母線上，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，可將電源模塊實(shí)時(shí)更換，電源系統(tǒng)將會(huì)擁有非常高的可靠性。

1.OR-ingDiode：

在兩組或多組電源模塊輸出回路中，各串接二極管后并聯(lián)連接，使得當(dāng)單一模塊產(chǎn)生異常時(shí)，其它模塊可接續(xù)提供電源，維持系統(tǒng)工常運(yùn)作。其中二極管應(yīng)選擇低順向?qū)妷航?LowVf)，以降低導(dǎo)通損失。

2.OR-ingFET：

OR-ingFET的應(yīng)用方式及作用同OR-ingDiode，主要的差異在于OR-ingFET使用MOSFET取代Diode，以降低導(dǎo)通損失。使用OR-ingFET方式需要額外的控制電路，成本較高。

多組電源之EMI Decoupling

在一電源系統(tǒng)中，若同時(shí)使用多組電源模塊，且輸入端使用同一電源時(shí)，為防止二組或多組電源模塊之間的交互干擾，形成系統(tǒng)所不樂(lè)見(jiàn)的EMI問(wèn)題，甚至造成系統(tǒng)誤動(dòng)作的諧波，此時(shí)，可在電源系統(tǒng)前端與EMIfilter之間加入L1、C1、L2與C2來(lái)減低電源模塊之間的交互干擾。