Site Loader

Параллельное подключение источников питания для увеличения мощности без ухудшения рабочих характеристик

19 Декабря 2018

Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies
Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Мы продолжаем знакомить читателей с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания (ИП), современным решениям в данной области и уникальным функциям, помогающим решить самые сложные задачи, возникающие при тестировании. В этом номере ведущий раздела по системам электропитания объединенного блога Keysight Technologies в России Алексей Телегин обсуждает особенности параллельного подключения ИП.

Различные варианты подключения ИП помогают пользователю решать конкретные прикладные задачи. Известны схемы последовательного подключения ИП для получения большего напряжения, а также параллельного подключения — для получения большего тока (следует отметить, что схемы сопровождает список требований и мер предосторожности). Вопрос «Как получить больше мощности от источников питания?» не теряет своей актуальности.

Параллельное подключение нескольких источников питания для увеличения напряжения связано с определенными проблемами, поскольку между источниками всегда будет наблюдаться некоторый дисбаланс напряжений. Поэтому один блок является источником напряжения, а остальные блоки соединены параллельно и работают в режиме стабилизации тока. Для поддержания такого режима предел выходного напряжения всех источников питания, действующих в режиме стабилизации тока (СС), должен быть установлен на большее значение, чем в ведущем источнике питания, находящемся в режиме стабилизации напряжения (CV) (схема на рис. 1).

Рис. 1 Параллельное подключение источников питания для получения большей мощности
Рис. 1 Параллельное подключение источников питания для получения большей мощности

При сохранении высокого уровня нагрузки параллельно соединенные блоки работают в соответствующих режимах (в данном случае как минимум 2/3 нагрузки). Но что произойдет, если не удается 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 — 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 рис. 2 для нагрузки в пределах 0–1/3.

Рис. 2. Состояния параллельно подключенных источников питания при малой нагрузке

Рис. 2. Состояния параллельно подключенных 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, приведенная на рис. 3.

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

При такой схеме подключения ведущий блок, работающий в режиме стабилизированного напряжения, выдает аналоговый выходной сигнал программирования по току ведомому блоку, действующему в режиме стабилизации тока. Соответственно, оба 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 безупречное функционирование параллельно подключенных блоков питания без ухудшения рабочих характеристик. На рис. 4 показана схема параллельного подключения блоков Keysight APS серии N6900A/N7900A.

Рис. 4. Параллельное подключение источников питания APS серии N6900A/N7900A
Рис. 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 находятся 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.

Появились вопросы по источникам питания Keysight?

Компания «Диполь» является официальным премиум-партнером Keysight Technologies. Наши сотрудники – высококвалифицированные специалисты, имеющие более чем 25-летний опыт работы в области контрольно-измерительных систем и оборудования. Мы ответим на любые вопросы и подберем необходимые измерительные приборы для решения ваших задач.

Контакты для связи:

Телефон: +7 (812) 702-12-66
E-mail: [email protected]

Способы соединения элементов питания.

«Питайтесь» правильно!

При питании радиоаппаратуры от батареек и аккумуляторов полезно знать распространённые схемы соединения батарей и аккумуляторов. Дело в том, что каждый вид батареек имеет допустимый разрядный ток.

Разрядный ток – наиболее оптимальное значение тока, который потребляется от батареи. Если потреблять от батарейки ток, превышающий разрядный, то надолго этой батарейки не хватит, она не сможет полностью отдать свою расчётную мощность.

Наверное, замечали, что для электромеханических часов используются “пальчиковые” (формата АА) или “мизинцевые” (формата ААА) батарейки, а для переносного лампового фонаря батарейки побольше (формат

R14 или R20), которые способны отдать значительный ток и имеют большую ёмкость. Размер батарейки имеет значение!

Иногда требуется обеспечить батарейное электропитание прибора, который потребляет значительный ток, но стандартные батареи (например R20, R14) не могут дать необходимый ток, он для них выше разрядного. Что делать в этом случае?

Ответ прост!

Необходимо взять несколько однотипных батареек и соединить их в батарею.

Параллельное соединение элементов питания.

Так, например, если необходимо обеспечить значительный ток для аппарата применяют параллельное соединение батареек. В таком случае общее напряжение составной батареи будет равно напряжению одного элемента питания, а разрядный ток будет во столько раз больше, сколько батареек применяется.

Параллельное соединение элементов питания

На рисунке составная батарея из трёх 1,5 вольтовых батареек G1, G2, G3. Если учесть, что среднее значение разрядного тока для 1 батарейки формата АА 7-7,5 mA (при сопротивлении нагрузки 200 Ом), то  разрядный ток составной батареи составит 3 * 7,5 = 22,5 mA. Вот так, приходится брать количеством.

Последовательное соединение элементов питания.

Бывает, что необходимо обеспечит напряжение 4,5 – 6 вольт, применяя батарейки на 1,5 вольта. В таком случае нужно соединить батарейки последовательно, как на рисунке.

Последовательное соединение элементов питания

Разрядный ток такой составной батареи составит значение для одного элемента, а общее напряжение будет равно сумме напряжений трёх батареек. Для трёх элементов формата АА (“пальчиковых”) разрядный ток составит 7-7,5 mA (при сопротивлении нагрузки 200 Ом), а суммарное напряжение – 4,5 Вольт.

Итак, подведём итоги.

  • Если необходимо обеспечить значительный ток, то применяется параллельное соединение элементов питания. Рассчитать значения напряжения и разрядного тока для параллельно составленной батареи питания:

    I=IG1* N  — общий разрядный ток параллельно составленной батареи.

     где N – количество однотипных элементов питания.

    IG1 – разрядный ток одного элемента питания.

    U=UG1 — общее напряжение параллельно составленной батареи.

    где UG1 – напряжение одного элемента питания.

    Понятно, что никакого выигрыша по напряжению при параллельном соединении мы не получим.

  • Если требуется обеспечить напряжение в разы большее напряжения отдельного элемента питания, то применяется последовательная схема соединения.

    Рассчитать значения напряжения и разрядного тока для последовательно составленной батареи питания:

    U=UG1* N — общее напряжение последовательно составленной батареи.

    I=IG1 — общий ток последовательно составленной батареи.

    В таком случае мы получаем выигрыш по напряжению.

  • А как быть, если необходимо получить выигрыш и по напряжению и по току? Тогда применяется смешанное соединение элементов питания.

    Взгляните на рисунок, думаю, Вам всё станет понятно.

    Смешанное соединение элементов питания

    При таком соединении составная батарейка из 6 элементов типоразмера АА обеспечит напряжение 4,5 Вольт и разрядный ток на нагрузке в 200 Ом – 2 * 7,5 = 15mA.

Рассчитывается всё довольно просто. Сначала, вычисляем напряжение на 3 последовательно соединённых элементах одного из плеч. Ток последовательно соединённых элементов будет равен току одного элемента.

Далее складываем токи каждого плеча из трёх элементов. В данном случае у нас два плеча. Напряжение параллельно соединённых элементов равно напряжению одного элемента. Здесь 3 последовательно соединённых батарейки представляют как бы один элемент питания на 4,5 Вольт.

В радиолюбительской практике не всегда необходимо вычислять разрядный ток, так как потребляемый приборами ток, как правило, нестабилен, всё зависит от режима работы конкретного аппарата.

Понятно, что магнитола потребляет больший ток в режиме воспроизведения, нежели в режиме прослушивания радио. В режиме воспроизведения ток потребления возрастает из-за работы двигателя протяжки ленты, тогда как в режиме радио необходимо лишь усилить принятый сигнал.

Необходимо просто правильно оценивать токовую нагрузку на составную батарею, ведь некоторые приборы могут потреблять значительный ток и в таких случаях можно добавить пару дополнительных элементов питания. В таком случае автономное время работы Вашего прибора возрастёт.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Параллельное соединение блоков питания. Как сделать.

Бывает что нужно увеличить мощность соединив два блока питания параллельно.

Например, длина ленты RGB мощностью 14,4 Вт на метр 16 метров.Общая мощность ленты получается равна около 230 ватт. Мы имеем контроллер RGB 288 ватт. Этого нам вполне достаточно. А вот блока питания 250 ватт будет маловато, так как у него нужен запас по мощности процентов 15.

. Поэтому, чтобы запитать ленту RGB, о которой я говорил выше, нужен блок питания 300 ватт. Но блоки питания от 300 ватт снабжены вентиляторами охлаждения, которые производят своеобразный шум. Что нежелательно.

Поэтому было решено взять два блока питания по 150 ватт и включить их параллельно, тем самым увеличив общую мощность вдвое.

Как это сделать правильно рассмотрим в этой статье.

У нас два одинаковых блока питания с одинаковыми параметрами. Но если один блок питания выдает напряжение больше второго даже незначительно, то на второй потечет обратный ток, что может быть губительно для него. Поэтому в выходную цепь нужно ставить развязывающие диоды.

А схема подключения двух блоков питания параллельно вот такая.

параллельное соединение импульсных блоков питания

Первое что мы делаем это запараллеливаем питание 220 V. Ноль с нолем, фазу с фазой и землю с землей. Сюда будет подключаться питающий кабель 220 вольт.

Далее соединяем между собой минусовые клеммы выходного напряжения 12 вольт

Берем диодную сборку или два мощных диода. Анод одного диода подключаем к плюсу выходного напряжения 12 вольт одного блока питания, а анод второго диода к плюсу выходного напряжения второго блока питания. Катоды же диодов соединяем между собой. От катодов пойдет провод на плюс контроллера RGB. На минус контроллера пойдет провод с минусов блоков питания, которые мы соединили перемычкой. Как подключить светодиодную ленту RGB самостоятельно можете прочитать здесь.

Диоды работают как ключи и обратный ток не пойдет на второй блок питания даже если напряжения на выходах блоков будут различаться.

Мы получили 12 вольт 300 ватт в идеале. На самом деле из-за внутреннего сопротивления диодов на выходе будет меньше. Но всё равно будет вполне достаточно.

Минус параллельного соединения блоков питания в том, что при выходе из строя, по какой либо причине, одного блока, вся нагрузка ляжет на второй. И его мощности не хватит для нормальной работы всей схемы, и он тоже выйдет из строя. Поэтому, конечно, целесообразней использовать один мощный блок питания.

Тем не менее параллельное соединение блоков питания имеет право на жизнь.

Еще статьи на сайте

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ

   Эту статью меня побудил написать пользователь нашего форума, под ником GREENGARI. Ему надо было запитать автомобильный усилитель мощностью 800 ватт от компьютерного блока питания ATX. Один БП по линии 12 вольт не в состоянии обеспечить требуемый ток. Так как же поступить? Сделать самому мощный блок питания мощностью 900-1000 ватт или попробовать использовать компьютерные блоки. Решение было принято в пользу последних. Для того чтобы они могли вытянуть такую нагрузку — их надо подключить в параллель. С обычными трансформаторными блоками питания проблем не было бы, но с импульсными блоками АТХ все намного сложнее. Вот типовая структурная схема выходной части ПК АТХ.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ - СХЕМА 1

   Если мы просто параллельно соединим блоки, то произойдет вот что. Допустим, первый блок — верхний по схеме, (назовем его блоком А) имеет выходное напряжение 11,8 вольт. Второй блок (Б) имеет выходное напряжение 12 вольт. Разница вроде и небольшая, но в нашем случае она свою роль сыграет. Дело в том, что в АТХ довольно жесткая стабилизация напряжения. Происходит это так. Допустим в блоке А, где выходное напряжение у нас 11,8 вольт, при нагрузке напряжение начнет проседать. В дело вступает блок стабилизации, выполнен в большинстве случаев на микросхеме TL494 или ее аналогах. Микросхема сравнивает выходное напряжение через резисторный делитель и в случае его отклонения принимает срочные меры. В случае когда напряжение под нагрузкой начинает проседать — микросхема начинает, говоря простым доступным языком, раскачивать сильнее высоковольтные транзисторы и напряжение повышается до заданного уровня. Если нагрузка уменьшилась и напряжение стремится подняться выше установленного уровня, то микросхема снижает мощность раскачки силовых транзисторов. Что и произойдет, если мы просто соединим блоки в параллель вот таким образом.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ - СХЕМА 2

   Как мы уже знаем, напряжение на блоке питания А меньше, чем в блоке Б. Когда мы соединили два блока, то напряжение с блока Б поступает на блок с меньшим напряжением А и его выпрямительные диоды запираются, поскольку на выходе диодов напряжения больше, чем на входе. В то же время, блок стабилизации блока А видит, что напряжение на выходе поднялось и начинает снижать мощность высоковольтного каскада на транзисторах. В результате напряжение блока А еще более уменьшается. Последствия этого очевидны: блок Б будет работать на полную мощность, а блок А будет загружен не полностью. В результате могут выгореть оба блока питания ATX. Сначала не выдержит блок Б. Потом после отказа Блока Б всю нагрузку примет блок А и… все уже догадались, что произойдет с ним. 

   Какой же выход из этой ситуации? Их два. 

   Первый довольно сложный — это существенная переделка блоков АТХ, которая состоит из того, что надо делать управление высоковольтными транзисторами обоих блоков от общего блока управления и стабилизации, что требует довольно серьезного знания в электронике. 

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ - СХЕМА 3

   Второй способ более простой и требует всего лишь паяльник, амперметр (желательно два), пару мощных диодов и два резистора. Ну и конечно прямые руки 🙂 Для начала, нужно развязать блоки по питанию, то есть сделать так, чтобы напряжение с одного блока не пролезало в другой. Для этого мы поставим на каждый выход диоды, рассчитанные на максимальный ток, который будет отдавать данный блок. Этим мы решим проблему с пролезанием напряжения из одного блока в другой, но остается еще проблема с разным выходным напряжением.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ - СХЕМА 4

   Эту проблему мы устраним установив на каждый выход блока по балластному резистору. На резисторе будет падать напряжение и блок с меньшим напряжением сможет включится в работу на общую нагрузку. С теорией разобрались, а в следующей статье мы перейдем к практическому решению проблемы параллельного соединения компьютерных БП. Автор статьи: Ксюня (Войтович Сергей).

   Форум по использованию блоков питания ATX

   Схемы блоков питания

Соединение источников питания — Знаешь как

Соединение источников питанияЕсли номинальные напряжение и ток потребителя превышают соответствующие величины источника питания, то последние соединяются для совместной работы последовательно, параллельно или группами, образуя батареи элементов.

Последовательное соединение (рис. 2-7) применяется в том случае, если напряжение потребителя U больше э. д. с. отдельного элемента Е0, а номинальный ток потребителя не превышает разрядного тока элемента.

Число элементов n, соединяемых последовательно, определяется отношением

Рис. 2-7. Последовательное соединение источников питания.

Элементы должны иметь одинаковое значение э. д. с. и одинаковое направление их, что обеспечивается соединением отрицательного зажима первого элемента с положительным зажимом второго и т. д.

В этом случае э. д. с. батареи

Е=nЕ0,

внутреннее сопротивление ее

 r = nr0

а разрядный ток батареи равен разрядному току одного элемента.

Параллельное соединение (рис 2-8) применяется в том случае, если ток потребителя I больше разрядного тока элемента Iр, а напряжение потребителя равно напряжению элемента. При параллельном соединений положительные зажимы элементов соединяются в один узел, а отрицательные — в другой.

Параллельное соединение источников питания

Ряс. 2-8. Параллельное соединение источников питания.

Соединяемые элементы должны иметь одинаковые э. д. с и одинаковые внутренние сопротивления.

Число элементов т, соединяемых параллельно, определяется отношением

m ≥ I/Ip

При этом соединении э. д. с. батареи равна э. д. с. элемента

Е = Ео, 

внутреннее сопротивление батареи

r = r0/m

Групповое соединение источников питанияа разрядный ток батареи, равен разрядному току элемента,

умноженному на число элемента:

I= Iрт.

Рис. 2-9. Групповое соединение источников питания.

число параллельных групп

т ≥ Iυ = 16 : 6 2,5

выбираем т = 3.

Общее число аккумуляторов nm = 55•3 = 165.

Статья на тему Соединение источников питания

Как соединить блоки питания для увеличения выходной мощности или напряжения

Подключение блоков питания параллельно увеличивает мощность*

* в случае параллельного или последовательного соединения можно использовать только блоки питания с одинаковыми характеристиками.

Так бывает, что по разным невозможно запитать светодиодную ленту, модули или светильник от одного блока питания достаточной мощности.

Например, блоки питания большой мощности имеют встроенный вентилятор и неприятно гудят, поэтому приходится ставить два блока питания меньшей мощности, но без шума. Или просто нет возможности купить подходящий по мощности блок питания.

В таком случае возможно увеличение выходной мощности с помощью параллельного соединения нескольких блоков питания. Итого мощности и ток блоков питания складываются (P = P1 + P2; I = I1 +I2), а общее напряжение на выходе не меняется (U = U1 = U2).

Но есть один важный минус параллельного соединения. Если вдруг какой-то из блоков питания выйдет из строя, то мощности оставшихся блоков скорее всего не хватит и они быстро сгорят. Поэтому, всегда лучше брать один блок питания подходящей мощности.

В случае параллельного подключения блоков питания между собой соединяются клеммы одного знака (+ +, — -). 


Подключение блоков питания последовательно увеличивает напряжение*

* в случае параллельного или последовательного соединения можно использовать только блоки питания с одинаковыми характеристиками.

Чаще бывает, что срочно требуется блок питания на 24V или 36V, а в ближайшем магазине продаются только на 12V. В таком случае последовательно соединив два или три блока питания, вы увеличите общее напряжение (P = P1 + P2), а мощность и ток останутся неизменными (P = P1 + P2; I = I1 + I2).

В случае последовательного подключения блоков питания между собой соединяются клеммы противоположных (+ -, — +).

Похожие инструкции:

Как правильно подключить блок питания

Как подключить светодиодную ленту

Как подобрать блок питания для светодиодной ленты

Назад

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.