Последовательное и параллельное соединение источников питания |

Источник питания – это специальное устройство, которое может генерировать ЭДС. К источникам питания постоянного тока можно отнести аккумуляторы, батарейки, различные генераторы постоянного тока (лабораторный блок питания), элементы Пельтье и тд. То есть это все те устройства, которые создают ЭДС.

Небольшое введение

Давайте рассмотрим водобашню, в которой есть автоматическая подача воды. То есть сколько бы мы не потребляли воды из башни, ее уровень воды будет неизменным.

Схематически это будет выглядеть вот так:

Башню с автоматической подачей воды можно считать источником питания. В химических же источниках питания происходит разряд, что ведет к тому, что уровень напряжения понижается при длительной работе. А что такое напряжение по аналогии с гидравликой? Это тот же самый уровень воды)

Давайте отпилим у водобашни верхнюю часть для наглядности. У нас получится цилиндр, который заполнен водой. Возьмем за точку отсчета уровень земли. Пусть он у нас будет равняться нулю.

Теперь вопрос на засыпку. В каком случае давление на дно будет больше? Когда в башне немного воды

либо когда башня полностью залита водой так, что даже вода выходит за ее края

Разумеется, когда башня наполнена только наполовину водой, на дне башни давление меньше, чем тогда, когда в башне воды под завязку.

Думаю, не надо объяснять, что если в башне вообще нет воды, то никакого давления на дне башни не будет.

 

По тому же самому принципу работает батарейка или аккумулятор

На электрических схемах ее обозначение выглядит примерно вот так:

Также, чтобы получить необходимое напряжение, одноэлементные источники питания соединяют последовательно. На схеме это выглядит вот так:

Любой аккумулятор или источник постоянного тока имеет два полюса: “плюс” и “минус”. Минус – это уровень земли, как в нашем примере с водобашней, а плюс – это напряжение, по аналогии с гидравликой это и будет тот самый уровень воды.

Последовательное соединение

Теперь давайте представим вот такую ситуацию. Что будет, если в нашей обрезанной водобашне полной воды добавим еще одну такую же сверху полную воды? Схематически это будет выглядеть примерно вот так:

Как вы думаете, уменьшится давление на землю, или увеличится? Понятное дело, что увеличится! Да еще и ровно в два раза! Почему так произошло? Уровень воды стал выше, следовательно, давление на дно увеличилось.

Если “минус” одной батарейки соединить с “плюсом” другой батарейки, то их общее напряжение суммируется.

Полностью заряженная батарейка будет выглядеть как башня, полностью залитая водой с учетом того, что работает насос автоматической подачи воды. По аналогии, насос – это ЭДС.

Наполовину разряженная батарейка будет уже выглядеть примерно вот так:

Можно сказать, насос уже не справляется.

Батарейка посаженная в “ноль” будет выглядеть вот так:

Насос автоматической подачи воды сломался.

Естественно, что если вы соедините полностью заряженную и наполовину дохлую батарейку последовательно, то их общее напряжение будет выглядеть примерно вот так:

Давайте все это продемонстрируем на практике. Итак, у нас есть 2 литий-ионных аккумулятора. Я их пометил цифрами 1 и 2. С плюса каждого аккумулятора я вывел красный провод, а с минуса – черный.

Давайте замеряем напряжение аккумулятора под №1 с помощью мультиметра. Как это сделать, я еще писал в статье Как измерить ток и напряжение мультиметром.

На первом аккумуляторе у нас напряжение 3,66 Вольт. Это типичное значение литий-ионного аккумулятора.

Таким же способом замеряем напряжение на аккумуляторе №2

О, как совпало). Те же самые 3,66 Вольт.

Для того, чтобы соединить последовательно эти аккумуляторы, нам надо сделать что-то подобное:

Также как и в башнях, нам надо соединить основание одной башни с верхушкой другой башни. В источниках питания, типа аккумуляторов или батареек, нам надо соединить минус одной батарейки с плюсом другой. Так мы и сделаем. Соединяем плюс одной батарейки с минусом другой и получаем… сумму напряжений каждой батарейки! Как вы помните, на первой батарейке у нас было напряжение 3,66 В, на второй тоже 3,66 В. 3,66+3,6=7,32 В.

Мультиметр показывает 7,33 В. 0,01В спишем на погрешность измерений.

Это свойство прокатывает не только с двумя аккумуляторами, но также с их бесконечным множеством. Думаю, не стоит говорить, что если выставить в ряд штук 100 таких аккумуляторов, соединить последовательно и коснуться крайних полюсов голыми руками, то все это может завершиться даже летальным исходом.

Параллельное соединение

Но что будет, если источники питания соединить параллельно? Давайте же рассмотрим это с точки зрения той же самой гидравлики. Имеем те же самые башни, в которых воды до самых краев:

Нет, здесь мы не будет извращаться. Мы просто соединим наши башни у самого основания трубой:

Давление на дно у каждой башни изменится? Думаю, нет. Оно останется таким же, как в одной из башен. А что поменялось? Поменялся просто объем воды. Ее стало в 2 раза больше.

Но вы можете сказать, что в первом случае у нас тоже воды стало в 2 раза больше!

Да, все оно так, но здесь важное значение имеет именно то, что давление на дно башни изменилось и стало также в два раза больше. Если сделать врезку одинакового диаметра прямо у подножия водобашни, то  в случае, когда водобашни стоят одна на другой сила потока воды будет в два раза быстрее, чем если бы мы делали точно такую же врезку на картинке, где мы соединяли водобашни трубой. Более подробно эту мысль я еще озвучивал в статье про Закон Ома.

Если всю эту мысль спроецировать на наши источники питания, то получается, что при последовательном соединении у нас суммировалась напряжение, а при параллельном должна суммироваться сила тока. Но это не значит, что нагрузка, которая кушала, к примеру, 1 Ампер, после того, как мы ее цепанем к двум параллельным источникам питания, будет кушать 2 Ампера.

При параллельном соединении у нас напряжение остается таким же, а вот емкость батарей увеличивается. Но нагрузка все равно будет кушать тот же самый 1 Ампер, иначе бы все это противоречило закону Ома.

Настало время все это рассмотреть на реальном примере. Итак, замеры мы уже делали. Осталось соединить два источника питания параллельно, в нашем случае это аккумуляторы li-ion:

Как вы видите, напряжение не изменилось.

При параллельном соединении источников питания должно соблюдаться условие, что на них должно быть одинаковое напряжение.

Вот сами подумайте, что может произойти, если одна из башен будет пустая?

Думаю, нетрудно догадаться, что вода из одной башни будет перетекать в другую башню, пока их уровень не выровняется (закон сообщающихся сосудов), если у одной башни сломался насос и она пустая.

То же самое и с источниками питания. Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно. Это чревато тем, что вы убьете здоровые аккумуляторы, а дохлые так и останутся дохлыми или чуток зарядятся. Если разница между напряжениями аккумулятора большая, то в такой цепи может течь бешеная сила тока, которая вызовет нагрев и даже возгорание аккумуляторов.

Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно

Последовательно-параллельное соединение

А кто вам мешает соединять аккумуляторы или батарейки сразу и последовательно и параллельно? Но разве так можно? Можно). На примере с водобашнями это может выглядеть вот так:

Здесь мы видим две башни, каждая из которых состоит их двух башенок, и эти две большие башни соединены с помощью трубы.

Очень часто последовательно-параллельное соединение используется в электротранспорте. Недавно я делал батарею для своего электровелосипеда из li-ion аккумуляторов 18650. Для моего электробайка требовалось напряжение в 36 Вольт. Итак, теперь включаем логику. Один аккумулятор выдает 3,6 Вольт. Чтобы получить 36 Вольт, мне надо соединить 10 аккумуляторов последовательно.

Чтобы было проще для понимания, я их нарисую не по ГОСТу:

Ура! Я получил 36 Вольт для своего электровелосипеда. Но вот проблема в том, что один такой аккумулятор может отдать в нагрузку силу тока 2800 миллиАмпер в течение 1 часа или 2,8 Ампер в течение 1 часа. Такой параметр указывается на аккумуляторах как mAh. Об этом я подробно писал в этой статье “Как измерить ток и напряжение мультиметром“.

То, что я все аккумуляторы соединил последовательно, не означает, что их емкость возросла в 10 раз. В 10 раз возросло только напряжение, так как я их соединил последовательно. То есть общая сумма получилась 36 Вольт и все те же самые 2800 mAh как и у одного аккумулятора.

Поэтому, чтобы увеличить емкость, я должен в параллель этой ветви соединить точно такую же ветвь из аккумуляторов, иначе мой электровелосипед не проедет и пару тройку километров. Я ведь хочу кататься весь день!

Сказано – сделано. Цепляем еще одну ветвь в 36 Вольт. Вы ведь не забыли правило, что при параллельном соединении у нас напряжение должно быть одинаково? В результате мы получаем что-то типа этого:

Итого, мы получили те же самые пресловутые 36 Вольт, но вот емкость увеличилась в два раза. 2800 mAh +2800 mAh = 5600 mAh. Ну вот, с такой батареей можно проехать уже чуть дальше. Но мне этого тоже показалось мало, поэтому я добавил еще 2 ветви. В результате моя самопальная батарея для электровелосипеда выглядит схематически вот так:

Ну вот, пойдет! 2800х4=11200 mAh. Ну вот! Такой емкости мне хватит, чтобы покататься от души хотя бы пол дня на полном газу).

В сообществе электронщиков и самоделкиных такая батарея называется 10S4P. Расшифровывается очень просто:

S – serial – с англ.  – последовательный.

P – parallel – параллельный.

В нашем случае 10 аккумуляторов последовательно в 4 ряда – 10S4P. Все до боли просто)

А вот выглядит моя самопальная батарея для электровелосипеда:

Резюме

Последовательное соединение источников питания увеличивает напряжение.

Параллельное соединение увеличивает емкость, а следовательно такая батарея уже может выдавать бОльшую силу тока в нагрузку.

Последовательно-параллельное соединение увеличивает как напряжение, так и силу тока.

Соединение элементов питания и батарей

Источники напряжения обычно называют источниками питания. Для увеличения тока или напряжения, а может и того и другого источники питания (элементы, батареи) могут соединяться вместе. Существует три типа соединения элементов питания:
1. Последовательное соединение элементов.
2. Параллельное соединение элементов.
3. Последовательно-параллельное (смешанное) соединение элементов.

Последовательное соединение элементов.

При последовательном соединении элементов питания выделяются две схемы: последовательно-дополняющая и последовательно-препятствующая.
В последовательно-дополняющей схеме положительный вывод первого элемента питания соединяется с отрицательным выводом второго элемента питания; положительный вывод второго элемента питания соединяется с отрицательным выводом третьего элемента питания и т.д. (рисунок 3.11.)

Рисунок 3.11.Последовательное соединение элементов питания.

При таком соединении источников питания через все элементы будет течь одинаковый ток:

Iобщ=I1=I2=I3

Индексы в обозначениях токов указывают на номера отдельных источников питания (элементов или батарей питания)
А полное напряжение при последовательном соединении равно сумме напряжений (ЭДС) отдельных элементов:

Еобщ = Е1 + Е2 + Е3.

При последовательно-препятствующем включении источников питания, они соединяются друг с другом одноименными выводами. Но на практике такая схема не применяется или применяется, но очень редко.

Параллельное соединение элементов.

При параллельном соединении элементов питания, их одноименные выводы соединяются вместе, то есть плюс к плюсу, минус к минусу (рис 3.12).

Рисунок 3.11.Параллельное соединение элементов питания.

В этом случае общий ток будет равен сумме токов каждого элемента:

Iобщ=I1+I2+I3

Общее напряжение при параллельном включении источников питания будет равно напряжению каждого отдельного источника.

Еобщ = Е1 = Е2 = Е3.

Последовательно-параллельное соединение элементов напряжения.

Источники питания включают по последовательно-параллельной схеме для увеличения, как тока, так и напряжения. При этом основываются на том, что параллельное включение увеличивает силу тока, а последовательное увеличивает общее напряжение. На рисунке 3.13 показаны примеры последовательно-параллельных схем включения элементов питания.

Рисунок 3.11.Последовательно-параллельное соединение элементов питания.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Правила параллельного и последовательного подключения источников питания

Очень часто покупатели источников питания задают вопрос о возможности параллельного или последовательного подключения блоков. Такая возможность присутствует во всех моделях источников питания BVP Electronics. Рекомендуем Вам воспользоваться несколькими правилами при подключении двух и более источников питания. При параллельном подключении источников необходимо, чтобы все источники были с одинаковым номиналом выходного напряжения (например, 15В/100А и 15В/10А, на выходе будет 15В/110А). При последовательном подключении источников, необходимо, чтобы все источники были с одинаковым номиналом выходного тока (например, 30В/30А и 15В/30А, на выходе будет 45В/30А). Подключение источников с разными номиналами может привести к выходу из строя блоков.

1. Параллельное подключение источников питания (увеличение выходного тока)

1. Разместите источники питания на рабочем месте, по возможности недалеко друг от друга, обеспечив удобство работы с источниками и условия естественной вентиляции.
2. Установите выключатели «ON/OFF», расположенные на передней панели источников в положение «OFF».
3. Подключите сетевые шнуры питания к разъемам на задней панели корпусов и питающей сети.
4. Соедините выходными шнурами минусовые клеммы источников и отдельно плюсовые (см. рис. 1). При этом рекомендуем воспользоваться предложенной таблицей при выборе сечения выходного шнура (табл. 1). Для получения гарантированных выходных параметров источников на удаленной нагрузке, необходимы соединительные выходные провода такого сечения, чтобы максимальный ток нагрузки создавал падение напряжения не более 0.5 — 1.0 В.

Рис. 1. Параллельное соединение источников питания

 

Таблица 1.

Выбор сечения выходного шнура в зависимости от величины выходного тока
Ток, А	0-5	10	15	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Сечение, мм2	0,75	1,0	2,5	2,5	4,0	4,0	6,0	6,0	8,0	8,0	10,0	10,0

 

5. Включите питающее напряжение сетевыми выключателями «POWER», находящимися на задних панелях источников.
6. Включите источники питания без нагрузки (переместив тумблеры «ON/OFF» в положение «ON»).
7. Установите регуляторами напряжения «Fine/Coarse» требуемое выходное напряжение, одинаковое на всех источниках.
8. Переключателем «A limit/A out» выберите положение «A limit». Установите регуляторами тока «Fine/Coarse» максимальное или необходимое значение.
9. Переключателем «A limit/A out» выберите положение «A out».
10. Выключите источник (переместив тумблер «ON/OFF» в положение «OFF»).
11. Соблюдая полярность, подключите нагрузку.
12. Включите источник питания (переместив тумблер «ON/OFF» в положение «ON»).
13. О работе источников с нагрузкой будут свидетельствовать зеленые светодиоды на передней панели источников, и показания протекающего тока в цепи нагрузки на цифровых индикаторах амперметров.

Если плавно изменять сопротивление нагрузки от бесконечности до нуля, то рабочая точка (рис.2) сначала от оси напряжения (точка холостого хода) первого источника питания (как правило, большего по выходному напряжению) будет перемещаться вправо по горизонтальной линии режима «U1», а затем при достижении тока значения «А limit 1» произойдет переключение первого источника из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока (загорится красный светодиод) и подключение второго источника питания. Далее рабочая точка будет двигаться по оси напряжения «U2», и при достижении тока значения «А limit 2» произойдет переключение второго источника из режима стабилизации напряжения в стабилизацию тока, режим «I2» (загорится красный светодиод на втором источнике).

Далее по вертикальной линии «I2», рабочая точка будет опускаться вниз до оси тока. Точка касания оси тока соответствует короткому замыканию. При изменении сопротивления нагрузки в обратном направлении, переключение режимов произойдет, соответственно, в обратной последовательности.

Значение реального выходного тока «А out» будет равно сумме значений «А limit 1» и «А limit 2» и не будет зависеть от изменения нагрузки. От изменения нагрузки будет зависеть только выходное напряжение.

 

Рис. 2. Вольтамперная характеристики при параллельном
подключении двух источников питания Пример параллельного подключения двух источников питания BVP Electronics (45V/20A и 45V/20A)

Требуемая выходная мощность нагрузки — 1345 Ватт (42В*32А).

 

Рис. 3. Параллельное подключение двух источников питания BVP 45V 20A
Рис. 4. Вольтамперная характеристики при параллельном подключении
двух источников питания BVP 45V 20A 2. Последовательное подключение источников питания (увеличение выходного напряжения)

Последовательное подключение источников питания производства BVP Electronics возможно, но с предварительной подготовкой. Источники питания BVP Electronics, как правило, заземлены по минусовой клемме. Поэтому перед последовательным соединением блоков необходимо отключить заземление источников. При этом, обязательно надо заземлить оборудование, которое они будут питать.

Для отключения заземления источников необходимо снять верхнюю крышку прибора (раскрутить четыре винта (в металлических блоках — расположенные по бокам корпуса, в пластмассовых — на ножках источника — рис. 5).

 

 
Рис. 5. Расположение винтов на металлическом и пластмассовом корпусах
источников питания производства BVP Electronics

С левой стороны находится разъем заземления. Для отключения заземления источника необходимо переставить перемычки на средние выводы. На рисунке 6 представлены варианты заземления: по минусовой клемме, плюсовой и без заземления.

 

Заземление по минусовой клемме	Заземление по плюсовой клемме	Источник питания без заземления

Рис. 6. Расположение перемычки при заземлении/отключении
заземления источника питания

 

Закройте крышку корпуса прибора и закрутите винты. В источниках питания отключено заземление.

Многие спрашивают, а можно соединить источники питания без отключения заземления? Можно, если подключить источники в сетевую розетку или удлинитель без земли. Но при этом вы должны понимать, что при последовательном соединении источников корпус блоков будет находиться под напряжением. Следовательно, нельзя располагать источники питания непосредственно вблизи друг друга, чтобы они касались металлическими деталями или корпусами. В целях безопасности работать с такими источниками питания нужно очень аккуратно.

 

Для последовательного соединения источников питания необходимо
пользоваться следующими указаниями:

1. Разместите источники питания на рабочем месте, по возможности недалеко друг от друга, обеспечив удобство работы с источниками и условия естественной вентиляции.
2. Установите выключатели «ON/OFF», расположенные на передней панели источников в положение «OFF».
3. Подключите сетевые шнуры питания к разъемам на задней панели корпусов и питающей сети.
4. Соедините выходным шнуром плюсовую клемму первого источника питания с минусовой клеммой второго источника, и подключите минусовую клемму первого источника и плюсовую клемму второго выходными шнурами (см. рис. 7). При этом рекомендуем воспользоваться предложенной таблицей при выборе сечения выходного шнура (табл. 1). Для получения гарантированных выходных параметров источников на удаленной нагрузке, необходимы соединительные выходные провода такого сечения, чтобы максимальный ток нагрузки создавал падение напряжения не более 0.5 -1.0 В.

Рис. 7. Последовательное соединение источников питания
(выходное напряжение 58В, выходной ток 3А)

 

5. Включите питающее напряжение сетевыми выключателями «POWER», находящимися на задних панелях источников.
6. Включите источник питания без нагрузки (переместив тумблер «ON/OFF» в положение «ON»).
7. Установите регуляторами напряжения «Fine/Coarse» требуемое выходное напряжение, одинаковое на всех источниках.
8. Переключателем «A limit/A out» выберите положение «A limit». Установите регуляторами тока «Fine/Coarse» максимальное или необходимое значение.
9. Переключателем «A limit/A out» выберите положение «A out».
10. Выключите источник (переместив тумблер «ON/OFF» в положение «OFF»).
11. Соблюдая полярность, подключите нагрузку.
12. Включите источник питания (переместив тумблер «ON/OFF» в положение «ON»).
13. О работе источников с нагрузкой будут свидетельствовать зеленые светодиоды на передней панели источников, и показания протекающего тока в цепи нагрузки на цифровых индикаторах амперметров.

Если плавно изменять сопротивление нагрузки от бесконечности до нуля, то рабочая точка (рис.8) сначала от суммарной оси напряжения (точка холостого хода) первого и второго источника питания будет перемещаться вправо по горизонтальной линии режима «U1 + U2», а затем при достижении выходным током значения «А limit 2» (по меньшему значению установленного тока) произойдет переключение — из режима стабилизации напряжения в режим стабилизации тока «I2» (загорится красный светодиод).

Рис. 8. Вольтамперная характеристики при последовательном подключении двух источников питания

 

Далее по вертикальной линии «I2», рабочая точка будет опускаться вниз до оси тока. При этом, при достижении горизонтальной оси напряжения «U1» произойдет переключение протекающего тока на значение «А limit 1». Точка касания оси тока соответствует короткому замыканию. При изменении сопротивления нагрузки в обратном направлении, переключение режимов произойдет, соответственно, в обратной последовательности.

Работать с последовательно или параллельно соединенными источниками питания в целях безопасности следует очень аккуратно. При эксплуатации источников без заземления большая вероятность выхода источников из строя.

Просмотров: 5061

Отзывы о статье: 0 (читать все отзывы о статье, добавить отзыв о статье)

Добавить отзыв

Дата: 14.04.2014

Параллельное и последовательное соединение источников питания Nextys

03.05.2017

1.Параллельное соединение источников питания.

Современные способы применения импульсных источников питания (ИП) могут потребовать использования нескольких ИП в параллельной конфигурации.

Параллельное соединение ИП может быть применено в следующих случаях:

1. Для увеличения требуемой мощности нагрузки, путём использования одинаковых ИП

2. Для создания системы резервирования

Параллельное соединение ИП для увеличения требуемой мощности может быть использовано там, где:

     a) Есть вероятность превышения номинальной нагрузки установленного ИП
     б) Требуется увеличить мощность нагрузки там, где нет возможности повысить мощность ИП

PR используется там, где ответственная нагрузка не допускает потери питания.

1.1 Параллельное соединение ИП для увеличения мощности (РР)

Теоретически, в режиме увеличения мощности могут использоваться любые типы ИП, но на практике такой результат не всегда бывает удовлетворительным. Многие поставщики говорят о том, что их ИП допускают параллельное соединение, независимо от вариантов применения. Это не всегда справедливо. Идеально, для параллельного соединения различных ИП, они должны иметь идентичные выходные импедансы и максимально одинаковые выходные напряжения. Это не гарантируется с течением времени из-за нормального разброса выходных параметров и естественного старения. Кроме того, во время переходных режимов (например, запуск, перегрузка, короткое замыкание и т. п.), поведение системы может стать нестабильной.

Несбалансированные токи могут привести к преждевременному старению наиболее напряженных элементов, что отрицательно отразится на надежности всей системы.

Для того чтобы свести к минимуму паразитные токи между ИП, которые соединены параллельно, предлагаются следующие технические решения:

1. Специализированная шина распределения нагрузки (LSB). Это решение использует коммуникационную шину, соединяющую параллельно-включённые ИП. В основном, это решение используется для мощных и «продвинутых» ИП, таких как, например, NPS2400.

2. Специфические алгоритмы регулирования (SRA). Это решение, относительно дешевое, не нуждается в какой-либо коммуникационной шине и позволяет достичь хорошего естественного баланса тока между различными ИП. Это решение присутствует в большинстве ИП Nextys, например в NPSM121 /241/481 и NPST501 /721/961.

3. Использование внешнего активного модуля резервирования (ARM) например, как OR20 или OR50 от NEXTYS. В этом случае ARM играет роль балансировочного устройства выходного импеданса для двух питающих ИП. В этой конфигурации может использоваться любой ИП, но рекомендуется провести тест.

Рис.1. Рекомендуемая схема для параллельного соединения ИП

1. Необходимо учесть, что реальная мощность системы не будет простой суммой мощностей ИП. Максимальная мощность не будет превышать 80% от суммы мощностей ИП. Неидеальное решение!
2. Используйте, по-возможности, одинаковые ИП и лучше всего из одной партии
3. Избегайте использования ИП с ограничениями по току, предпочтительнее использовать ИП в режиме с постоянным током (Constant Current).
4. Используйте не более 4-х ИП
5. Разместите блоки таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную одинаковую рабочую температуру для каждого ИП
6. Перед параллельным соединением установите выходные напряжения максимально одинаковые для всех ИП при нагрузке примерно 10% от номинальной
7. Используйте одинаковые длины и сечения проводов от каждого блока к нагрузке. Выводы должны сходиться на нагрузке, а не на ИП. Это улучшает симметрию. НЕ ВКЛЮЧИТЕ ВЫХОДЫ ИП ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО!
8. Проконтролируйте распределение тока через 30 мин после включения и снова отрегулируйте выходные напряжения, чтобы уравновесить токи

1.2 Параллельное соединение ИП для резервирования (РR)

Резервирование необходимо для повышения надёжности системы питания. Идея концепции резервирования заключается в том, чтобы обеспечить необходимое питание системы в случае аварии, то есть номинальный ток всей системы должен оставаться доступным в любой ситуации. Это означает, что суммарный ток должен быть обеспечен несколькими ИП.

В дополнение к необходимым ИП, по крайней мере, еще один прибор должен будет использоваться, как резервное устройство, которое должно быть доступно в случае отказа одного из ИП (избыточность n + 1, где n – количество необходимых ИП). Чем больше количество используемых дополнительных ИП, тем выше отказоустойчивость системы (n + m избыточность, m = количество дополнительных ИП).

Для реализации надежной системы резервирования, выходы всех источников питания должны быть подключенных параллельно и развязаны с помощью диодов или МОП-транзисторов (ORing резервирование). Это необходимо, чтобы отказ одного из устройств не привёл к возникновению неисправности или короткого замыкания для других устройств. ORing схемы могут быть размещены в самих ИП или обеспечены внешними модулями резервирования, например такими, как OR20 или OR50 от NEXTYS.

В качестве совершенно уникальной функции, большинство моделей ИП от NEXTYS, имеющих опцию «P», предоставляют версию, включающую внутреннюю схему резервирования ORing, которая позволяет строить PR-систему без использования внешних модулей, резко снижая стоимость и размер систем PR.

Рис.2 PR схема резервирования с ORing диодами (могут быть интегрированы в ИП)	Рис.3 PR схема резервирования с внешним ORing модулем

Основные правила реализации PR схем резервирования, изображённых на рис. 2, 3:

 

1. Определите параметр «m», чтобы достичь требуемой избыточности.
2. Обратите внимание на номинал тока и напряжения, предполагая, что один ИП может принять на себя всю нагрузку.
3. Используйте всегда одинаковые ИП, лучше всего ИП из одной партии.
4. При правильной подстройке выходного напряжения попытайтесь сбалансировать токи на всех устройствах, чтобы поддерживать все ИП в рабочем состоянии («горячий» резерв). Использование всех ИП в рабочем состоянии увеличивает срок службы системы.
5. Разместите блоки таким образом, чтобы обеспечить максимально возможную рабочую температуру для каждого ИП.
6. Используйте одинаковую длину и толщину проводов от каждого ИП к нагрузке. Это улучшает симметрию системы.

2. Последовательное соединение ИП.

Для различных приложений может потребоваться использование нескольких ИП с последовательным соединением (SC) их выходов. ИП в последовательной конфигурации могут использоваться в основном для достижения необходимого уровня напряжения или мощности, недоступных для стандартных блоков.

Теоретически любые 2 или более ИП могут быть соединены последовательно, независимо от их выходных напряжений. Однако внимание этому должно быть уделено в любом случае.

Примечания:

1. Максимальный доступный ток в системе — это номинальный ток одного ИП.
2. Общая суммарная мощность системы представляет собой произведение между суммой напряжений и самым высоким номинальным током ИП. Для систем SC нет снижения номинальных характеристик.
3. Блоки с различными входными / выходными напряжениями / мощностью могут быть соединены последовательно.
4. Текущее ограничение системы по току будет соответствовать тому ИП, у которого самое низкое значение номинального выходного тока.

Рис.4 Рекомендуемое последовательное соединение ИП.

Основные правила реализации SC схем резервирования, изображённых на рис. 4:

1. Постарайтесь использовать одинаковые ИП, возможно, поставляемые из одной серии.
2. Обратите внимание на потребляемый ток нагрузки, чтобы не перегружать какой-нибудь ИП.
3. ИП могут иметь разное время запуска. Чтобы избежать обратного напряжения на их выходах из-за более раннего начала работы некоторых блоков в системе, используйте антипараллельные диоды (рассчитанные на максимальное напряжение системы и с пиковым импульсным током, по крайней мере равным номинальному току), которые должны быть подключены к каждому выходу.
4. Обратите внимание на правила безопасности в отношении напряжения системы, если оно превышает опасные уровни (> 60 Vdc)

5. Применяйте нужное сечение провода, который используется в подключении ИП к нагрузке.

6. Избегайте слишком большого количества ИП (> 4) в SC соединении.

3. Заключение

Несмотря на широкое использование параллельного соединения ИП, рекомендуется избегать конфигурации PP. Вместо этого предпочтительно использовать соединение SC, что дает лучшую стабильность в использовании ИП.

Конфигурация PR полезна во многих критически важных приложениях, и мы настоятельно рекомендуем разработчикам именно это соединение. Рассмотрите этот вариант, используя адекватное соединение оценки потребляемой мощности и избыточности (посредством внутреннего ORing или внешнего резервирования).

Параллельное соединение источников питания | Техника и Программы

Необходимость в параллельном соединении источников питания (ИП) возникает обычно по одной из следующих причин:

•         резервирование ИП для увеличения надежности работы радиоэлектронной аппаратуры;

•         увеличение общей выходной мощности ИП.

Примеры для обоих случаев очевидны и известны из практики. Так, резервирование ИП применяют в военной технике, на конвейерных линиях, в железнодорожном и электротранспорте. В быту резервированием ИП можно назвать применение источников бесперебойного питания (ИБП) в устройствах охраны и сигнализации, а также в компьютерной технике. Увеличение выходной мощности

путем параллельного подключения ИП оправдано для питания мощной нагрузки, например радиопередатчика (трансивера) с максимальным током потребления более 20 А.

В большинстве случаев параллельное соединение источников требует реализации функции распределения тока между ними.

Защита источников без распределения тока

Такая защита часто необходима, когда требуется избежать нежелательной поломки электронных устройств вследствие отказа ИП. С этой целью соединяют два ИП в параллель способом, представленным на рис. 1.32.

Рис. 1.32. Способ параллельного соединения ИП

Допустим, ИП-2 настроен на более низкое выходное напряжение относительно ИП-1. Поэтому только первый источник питания PS1 поставляет ток в нагрузку, так как только его последовательный диод проводит ток.

Мощность на нагрузке создается только одним ИП, а не является удвоенной. Напряжение нагрузки равно напряжению источника питания минус падение напряжения на диоде (U„ – U_n._uVDi)-

ИП-2 при этом находится в режиме ожидания под более низким напряжением и в случае прекращения работы ИП-1 вместо него поставляет ток в нагрузку.

При такой схеме соединения источников напряжение на нагрузке снижается при росте тока нагрузки (LOAD REGULATION), а паде-

ние напряжения на проводящем диоде растет по мере повышения тока («естественное распределение тока»).

Главным недостатком данной схемы является нестабильность напряжения на нагрузке. При изменении тока нагрузки (LOAD REGULATION) падение напряжения на диоде колеблется от О В без нагрузки до 0,6 В под нагрузкой.

Это падение напряжения уменьшает напряжение на нагрузке в зависимости от выходного тока. Поэтому эта конфигурация не используется при напряжениях ниже 12 В, когда падение напряжения на диоде составляет значительную долю от напряжения на выходе.

В этой схеме из-за отличия напряжений источников нет возможности применять корректирующие линии SENSE, так как ИП, настроенный на более низкое напряжение и находящийся в режиме ожидания, обнаружив в своих линиях SENSE повышенное по отношению к своей настройке напряжение, сразу прекратит процесс преобразования.

Защита источников с распределением тока

В этой схеме линии SENSE обоих источников подсоединены к нагрузке и между источниками питания включена линия распределе-

Для того чтобы при защите иметь стабильное напряжение на нагрузке, необходимо ввести «активное распределение тока» между ИП. При параллельном соединении источников добавляется специальная линия распределения тока, которая соединяет между собой соответствующие терминалы источников питания. Такое соединение выполняется по схеме на рис. 1.33.

Рис. 1.33. Схема с линией распределения тока

ния тока (PC). Каждый из источников питания отдает нагрузке половину своей мощности.

Источники должны быть настроены по напряжению как можно ближе друг к другу, а сопротивления соединительных проводов от каждого из источников к нагрузке должны быть равны друг другу.

Эта конфигурация позволяет соединять в параллель более ИП (N+1), когда дополнительно включается еще один резервный ИП, который в случае неисправности одного из источников начинает работать вместо отказавшего источника.

Принцип работы устройства с активным распределением тока

ИП на выходе контролирует напряжение путем сравнения напряжения, измеряемого на линиях SENSE, с внутренним эталонным напряжением. Для того чтобы источник мог эффективно делить ток с другим источником, он должен непрерывно получать информацию о своем токе и о токе другого источника. Эту информацию источник обрабатывает и использует во время контроля и регулирования выходного напряжения. При этом если ток источника слишком велик, его выходное напряжение начнет снижаться, и наоборот. Фактически поступает информация о разности токов двух источников, в случае положительной разности токов следует понизить напряжение источника, в случае отрицательной разности – повысить это напряжение. В это же время соседний источник питания получает информацию, обратную по знаку, и выполняет обратные действия. Так осуществляется балансировка токов источников.

При параллельном соединении более чем двух ИП число переменных, участвующих в процессе распределения тока между ними, велико (каждый источник нуждается в информации о своем токе и токе всех остальных). Поскольку каждый из источников осуществляет контроль и регулирование выходного напряжения и тока на основании всех переменных, то появляется опасность, что такой сложный контур регулирования может потерять стабильность, поэтому количество источников, включаемых параллельно по такой схеме соединения, ограничено.

Особенности электрической цепи

Фактически каждый источник питания представляет источник напряжения, зависящий от его тока. Положительный терминал выходного напряжения соединен с точкой контроля выходного напряжения, а отрицательный терминал выходного напряжения – с отрицательным терминалом выходного напряжения соседнего источника питания. Разность между V(I1) и V(I2) влияет на распределение напряжения между источниками так, что если она положительна, выходное напряжение первого источника должно падать, чтобы сохранять положение, когда точка контроля равняется эталонному напряжению.

Соединение для получения большей мощности

Для получения высокой мощности от двух ИП их соединение выполняется по схеме на рис. 1.34.

Рис. 1.34. Электрическая схема соединения двух ИП в параллель

В этой схеме, так же как и в предыдущей, ИП соединяются между собой линией распределения тока. Без активного распределения тока параллельное соединение источников не будет нормально функционировать из-за очевидной разницы выходных напряжений ИП. Вследствие этой разницы ИП с более высоким выходным напряжением выдает на выходе максимально возможный для него ток.

Подключение к мощной нагрузке приводит к тому, что в какой-то момент времени максимальный ток ИП оказывается недостаточен. При ограничении тока напряжение источника начинает снижаться.

Это заставит источник питания с более низким выходным напряжением поставлять необходимый остаток тока. При введении активного распределения тока необходимо следить за тем, чтобы общая мощность ИП была таковой, чтобы ни от одного из источников не требовалось более 90% от расчетного (для него) максимального тока.

Виды соединений источников тока:

последовательное

параллельное

Каждый полюс промежуточного источника соединяется с одним полюсом предыдущего или последующих источников. ЭДС батареи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников. Знак определяется произвольно выбранным положит. направлением обхода контура (см. рис. – по часовой стрелке). Если при обходе переходим от «-» полюса к «+», то >0. Например, на приведенном рис.:  = 1 — 2 — 3 Внут. сопротивление батареи r = r1 + r2 + … + rn Частный случай – одинаковые источники (1=2= …=n и r1 = r2 =… =rn) соединены разноимёнными  полюсами. I =

Одни полюса источников (не обязательно одноименные) соединяются в один узел, остальные — в другой. Внутри источников даже при отключенной батареи протекают токи. Расчет ЭДС производится по законам электротехники. Рассмотрим частный случай — одинаковые источники соединены одинаковыми  полюсами. (В отсутствии нагрузки токов в батарее нет.) общ. =  rобщ. = I =

Последовательное и параллельное соединение проводников.

Вид соединения	Последовательное	Параллельное
Схема соединения
Законы:	1. I=I1=I2= …= In— сила тока одинакова во всех проводниках 2. U=U1+U2 +…+Un — падение напряжения в цепи равно сумме падения напряжений на отдельных участках 3. Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений на отдельных участках цепи. =++…+  R = R1+ R2+ … + Rn Падение напряжения на проводниках прямо пропорционально их сопротивлениям: Если R1= R2 = … = Rn, то R = nR1	1. U=U1=U2 …=Un — напряжение на всех участках цепи одинаково 2. I=I1+I2+…+In— сила тока в разветвленной части цепи равна сумме сил токов, текущих в разветвленных участках цепи 3. Общее сопротивление цепи равно = + +…+ Сила тока в участках разветвления цепи обратно пропорциональна их сопротивлениям Если R1= R2 = … = Rn, то R =

Шунтирование амперметра.

Важным примером применения последовательного и параллельного соединения проводов являются различные схемы включения электроизмерительных приборов. Допустим, что имеется некоторый амперметр, рассчитанный на максимальный ток I_max, а требуется измерить большую силу тока. В этом случае параллельно к амперметру присоединяют малое сопротивление r, по которому направится большая часть тока. Его называют обычно шунтом. Сопротивление амперметра – R, и пусть R/r=n. Сила тока в цепи, амперметре и в шунте равны соответственно I, I_а и I_ш. Тогда, = = n или I_ш = I_аn Полный ток I в цепи равен I = I_а + I_ш = I_а + I_аn = I_а(n+1) или I_а = I r =

Параллельное присоединение шунта к измерительному прибору с целью изменения его чувствительности называют шунтированием.

Схема шунтирования амперметра добавочным малым сопротивлением r.

Параллельное подключение источников питания для…

Ранее мы уже обсуждали как получить больше мощности от источников питания (Щёлкните здесь для просмотра). В этой статье рассматривались схемы последовательного подключения источников питания для получения большего напряжения, а также параллельного подключения для получения большего тока. Схемы сопровождались списком требований и мер предосторожности.

Параллельное подключение нескольких источников питания для увеличения напряжения связано с определенными проблемами, поскольку между источниками всегда будет наблюдаться некоторый дисбаланс напряжений. Поэтому, согласно одной из схем этой статьи, один блок является источником напряжения, а остальные блоки соединены параллельно и работают в режиме стабилизации тока. Для поддержания такого режима работы предел выходного напряжения всех источников питания, работающих в режиме стабилизации тока (СС), должен быть установлен на большее значение, чем в ведущем источнике питания, работающем в режиме стабилизации напряжения (CV). Схема показана на Рисунке 1.

 

Рисунок 1. Параллельное подключение источников питания для получения большей мощности

 

При сохранении высокого уровня нагрузки параллельно соединенные блоки работают в соответствующих рабочих режимах (в данном случае как минимум 2/3 нагрузки). Но что произойдёт, если вы не сможете 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 будет работать 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 Рисунке 2 для нагрузки от 0 до 1/3.

 

Рисунок 2. Состояния параллельно подключённых 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, приведённая на рисунке 3, которая взята из руководства по эксплуатации блока N5700A.

 

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

 

При такой схеме подключения ведущий блок, работающий в режиме стабилизированного напряжения, выдаёт аналоговый выходной сигнал программирования по току ведомому блоку, работающему в режиме стабилизации тока. Таким образом, эти два 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 безупречную работу параллельно подключенных блоков питания без ухудшения рабочих характеристик. На Рисунке 4 показана схема параллельного подключения блоков Keysight APS серии N6900A / N7900A.

 

Рисунок 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 работают 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.