选择和构建模块化DC/DC电源系统的基本原则之负载考虑

选择和构建模块化DC/DC电源系统的基本原则之负载考虑

我们讨论了构建DC-DC电源系统的基本概念、EMI解决方案和安全保护注意事项。这些讨论主要集中在前端DC-DC转换器的设计上。在后端，不同类型的负载应用会影响电路设计以满足要求。在本文中，我们将讨论不同类型的负载和构建电路的概念。

1.负载引入和输出特性
一般来说，负载可以分为三种类型：电阻负载、电容负载和电感负载。从物理角度来看，它们可以通过电压和电流的相位来区分。对于电阻负载，电压和电流在没有相位角的情况下交叉。对于电容性负载，电压以一定的相位角引导电流。对于电感负载，电压反而滞后于电流。

在实际应用中，您可能会看到电力系统中混合了各种负载。然而，它仍然可以区分为主要类型和混合荷载。例如，电阻负载可以指混凝土负载，通常用于老化测试或放气。对于电感负载，电机应用通常会在启动时产生一定的电流。对于电容性负载，电池充电的应用就是一个很好的例子，如何在启动时充电到额定电压成为一个挑战。

2.电感性负载和电容性负载的挑战
在家庭应用中，感应负载主要与电机驱动有关，如轮式机器人或洗衣机。电压的变化会使电感器的电流特性倒转。在实际情况下，当我们从负载侧开关时，输出电压可能会在短时间内下降到负值，损坏DC-DC转换器。
为了保护DC-DC转换器不被反向电压损坏，请在负载上并联一个飞轮二极管，以保护DC-DC转换器不受反向极性电压的影响。

电容性负载通常与电池充电有关。根据电容器充放电方程，输出电压需要时间才能达到标称电压或降至零。在实际应用中，DC-DC变换器可能无法达到额定电压，并在启动时发生故障。此外，还存在一个问题，即输出的反向电流可能会损坏DC-DC转换器。
为了保护DC-DC转换器，添加串联二极管将是保护DC-DC转换器免受可能损坏风险的适当方法。

3.瞬态负载和脉冲负载
瞬态负载代表了重负载和轻负载快速切换的情况，显示了对变换器稳定性的挑战。脉冲负载可被视为与瞬态负载类似的情况，但它被视为周期性尖峰负载。在这两种情况下，DC-DC转换器必须承受负载变化的压力，并提供稳定的输出电压。
为了降低转换器的应力并提供稳定的输出，在输出端并联几个电容器将减轻转换器的应力。然而，注意不要超过DC-DC转换器的电容负载限制。

4.增加负载瓦数的串联和并联
串联和并联是应用中增加负载瓦数的两种常用方法。串联更简单，不需要担心电流共享问题。然而，输出电压将由串联的转换器数量相加。
另一种常见的方法是并联单元，获得更高的功率。其优点是输出电压保持不变，通过并联多个DC-DC转换器更容易增加总功率。然而，由于每个变换器的阻抗差异很小，因此均流会不平衡，并可能导致诸如降低DC-DC变换器的可靠性、由于触发过流保护而导致输出故障等问题。需要解决两个关键点：
a、 启动
b、 运行中的电流平衡
在启动阶段，如果其中一个并联的DC-DC转换器触发hiccup模式OCP，整个机组将无法正常启动。有两种方法可以避免这种情况：两级启动和恒流设计。两级启动是在不先带负载的情况下打开DC-DC转换器组，然后再连接到负载。恒定电流是避免机组在启动期间停机的简单方法。
如果在运行过程中适当平衡均流，由于某些机组的瓦数应力，机组的可靠性将不稳定。

实现并联的最常见解决方案：
a、 下垂法
b、 有源均流
下垂方法是在每个转换器的输出端添加外部电阻。通过应用这种方法，电流路径越高，压降越大，从而迫使电流流向另一侧。
有源均流方法使用通信引脚（或称为并联引脚），通过反馈回路内部调整电压，从而平衡所有模块之间的电流。

5.N+1冗余用于容错
冗余的概念是确保系统在电源模块发生故障时保持运行。为了实现这一功能，两个电源模块将并联连接，但只能获得一个额定功率。在每个模块的输出侧应增加一个二极管，以防发生故障时输出电压下降。

总结：
在本文中，我们将讨论各种类型的负载以及与应用程序相对应的概念。由于体积小的优点，DC-DC变换器可以更灵活地使用。有关更多详细信息，请查看我们的申请说明或联系我们以了解您的问题。