關鍵詞:電源冗余、并聯電源、串聯電源
并聯還是串聯?
一般情況下,選擇一款電源,重要的是選擇適合的額定電壓與電流以支持系統要求。電源連接一般采用并聯方式,可以增強額定功率/電流,同時通過冗余功能提升系統穩定性。針對系統特殊要求,也可以采用串聯法連接電源以提供更高輸出電壓。
1. 并聯
并聯的目的在于增強輸出電流。當電源以1+1方式并聯,輸出電流總量值為單個電源額定值的2倍,電源間可以分擔負載(見下文“分擔負載”部分)。當不止一個電源并聯(N+1),建議外接反極性保護二級管(臺達推薦使用DRR-20N或DRR-40N冗余模塊)。詳見圖2。
為達到冗余功效,系統電流要求不應大于單個電源額定值,詳見后文“冗余”標題的內容。冗余連接下,一旦某一電源出現故障,系統操作將不受影響。此舉有效防止了整個系統停機。
負載分擔原理
電源可以采用并聯方式連接以增強輸出電流,詳見圖1所示。注意,兩個電源間的輸出電壓差不得大于25mV,設定輸出電壓必須在電流負載之50%或負載電流25%以上時完成,以確保兩個電源在同等電流水平下分別設定
圖1. 負載分擔連接原理圖 (1+1)
圖 2. 負載分擔連接原理圖 (N+1) ORing Diodes是反極性保護二極管
冗余操作原理
為實現冗余操作,電源必須接反極性保護二極管。兩個電源間的輸出電壓差一般應保持在輸出電壓的2%以內,以24V電源為例,輸出電壓差為0.48V (0.45~0.50V)。一旦其中一個電源發生故障,另一個將承擔起整個系統的負載。選擇電源時,應確保能夠承擔系統負載(電源額定電流不得低于系統電流要求)。參見圖3連接原理圖。
圖 3. 冗余連接原理圖
備注:
反極性保護二極管的選擇標準至少包含以下幾項:
- 額定電流達到輸出負載電流的4倍
- 額定反向電壓達到電源輸出電壓的2倍
- 反極性保護二極管帶有散熱器
臺達冗余模塊提升系統操作穩定性
臺達冗余模塊DRR-20N及DRR-40N使用Schottky二極管,將導通損失降至很低,同時使用無源觸點提供外部信號,任一電源發生故障時都會發出警示。
臺達建議使用DRR-20N或DRR-40N用于分擔負載及冗余操作。產品詳情參見DRR-20N及DRR-40N.
DRR 模塊并聯步驟(冗余操作及分擔負載)
使用DRR-20N或DRR-40N模塊務必遵循如下步驟。
第1步:測量并設定輸出電壓
o用于冗余操作:
測量PSU 1及PSU 2兩個電源的輸出電壓(VO),如果設定PSU 1為主機,那么其輸出電壓必須高于PSU 2之輸出電壓 (24V電源電壓差為0.45~0.50V,48V電源電壓差為0.90~1.00V)。為正確設置輸出電壓,首先將每個電源單獨連接至額定電流負載之50%、介于85-264Vac 輸入電壓之間進行調校。
o用于分擔負載:
分別測量PSU 1及PSU 2之輸出電壓,兩個電源間的VO差必須低于25mV。為正確設置輸出電壓,首先將每個電源單獨連接至額定電流負載之50%、介于85-264Vac輸入電壓之間進行調校。
第2步:將電源機組連接至DRR模塊
將電源PSU 1及PSU 2連接至DRR模塊之Vin 1及Vin 2端,參見圖4。
第3步:將系統負載連接至Vout
將系統負載連接至Vout。注意,DRR模塊的輸出電壓Vout=VO(電源之輸出電壓)–Vdrop*(DRR模塊降壓)。
視電流負載及周邊環境溫度,Vdrop有所變化,數值介于0.60V至0.90V之間(通常情況下為0.65V)。
DRR模塊中的信號GND端用于連接模塊內置LED及DC OK信號端。不需要將兩個電源的輸出GND端連接至信號端。
圖 4. DRR 模塊連接原理圖
2. 串聯
電源可以串聯,以增加輸出電壓,如圖5所示。注意,只能使用來自同一產品系列、同等額定輸出電流的電源。
選擇電源時還需注意,電流負載不得超過低額定輸出電流。原則上,串聯電源數量不限,但系統設計師必須留意,輸出電壓> 60Vdc即超出SELV規定,容易引發危險。任何情況下,總電壓都不得超過150Vdc。當總電壓超出SELV限定的60Vdc,必須安裝輸出端防觸碰保護裝置,此外,電源輸出端 (-V2 DC回路) 必須接地,參見圖5。
每個電源的輸出端外,必須安裝一個反極性保護二極管,目的在于防止發生諸如短路等系統故障時, -V電壓連接到其他電 源。發生短路情況下,-V1 &+V1將連接至+V2 &-V2,意味著2個電源輸出會以相反極性連接,從而損害電源。安裝壓反極性保護二極管后,每個電源輸出的電壓將限定在一個二極管降壓之內,約為0.7V到1.0V。建議提供2倍于串聯輸出電壓額定值,以為二極管預留充足降額空間。 舉例說明:將兩個24V 電源串聯,總電壓為48V。發生短路時,有鑒于通過反極性保護二極管的電流很高,二極管的反向額定電壓至少應為2×48=96V。
圖 5. 串聯操作原理圖
當兩個電源串聯后,會出現一種可能,開機時間及上升時間短的電源會首先開機,這一現象稱為“隨機開機”。如圖6
所示,2個串聯電源輸出電壓的復合波形導致了開機的先后順序。
圖 6. 隨機開機波形
電源并聯或串聯時,EMI、浪涌電流、漏電流、PARD 紋波電壓,以及開機時間等參數都將不同于單獨電源狀態下,系統設計師必須整體考慮這些參數變化。