DC-DC 转换器并联指南

简介

在设计电源系统时，通常会根据负载在启动和稳态条件下所需的输出功率、噪声特征和稳定性来确定各种子功能。确保功率稳定至关重要，必须制定明确的规定和要求，以管理功率瞬变、输入功率变化以及系统相应的适应或响应能力。尺寸、重量、成本和可靠性等其他因素也是重要的考虑因素。

在开发符合这些规格的概念设计时，工程师通常会参考公司或行业内的现有产品进行重复使用，以高效地实现必要的功能。推动产品重复使用的主要原因是管理层希望降低成本、缩短开发周期并将风险降至最低。在这一过程中，设计人员可能会遇到现有 DC-DC 转换器无法满足所需功率输出的情况，从而产生这样的问题：能否通过并联多个 DC-DC 转换器来实现所需的功率水平？

这篇博客将介绍并联 DC-DC 转换器的注意事项和限制。

注意事项

将两个或多个 DC-DC 转换器并联起来实现两倍或三倍的降额功率，这很有吸引力。但是，正如我们要讨论的那样，这种方法并不简单，而且会带来很多挑战。潜在问题包括系统不稳定、纹波较高、印刷线路板 (PWB) 空间利用效率低等，这些问题可能会使并联多个转换器的好处得不偿失。

最简单的解决方案是评估负载是否可以分割。如果负载由多个设备组成，则可能就不需要并联转换器输出。而是为每个子负载指定一个转换器，如图 1 所示。

图 1：使用多个转换器为多个负载供电。（图片来源：Ganmar Technologies）

确保您的负载回线采用常见的“开尔文”单点星形配置。这样可以最大限度地降低接地回路风险，但关键是要咨询系统接地设计团队获取具体建议。

如果负载无法分割，就必须采用较复杂的并联方式了。大多数转换器的反馈信号是从连接到负载的输出直接采样的。这个反馈节点会显著影响回路性能并可能导电路不稳定。为避免这个问题，了解内部反馈回路的工作原理及其集成方式非常重要。为控制和确保电力在并联转换器间均匀分布，附加电路是必不可少的。尽管进行这个设计可能错综复杂，好在许多厂家都为实现这种方式提供了说明文档和指导。但是，设计和测试仍然具有挑战性，需要知识渊博、经验丰富的设计人员。由于这些设计涉及具体所使用的转换器，因此本博客将不再详述。

并联电流源转换器

图 2 显示了两个转换器并联的简化模型。当转换器起着电流源功能时，并联它们就会产生单个电流之和。

图 2：并联电流源转换器的示意模型。（图片来源：Ganmar Technologies）

并联使用 GMR10DX 转换器

Ganmar Technologies 的 GMR10Dx 系列电源转换器采用的拓扑结构允许其输出表现像电流源一样。在图 3 中，反馈回路连接到变压器的初级侧，与输出负载电路完全隔离。

图 3：GMR10Dx 拓扑。（图片来源：Ganmar Technologies）

如图 4 所示，并联这些转换器只需极少的额外电路，主要是加入降压电阻器。降压电阻器有助于适应每个转换器输出电压的变化。在使用 GMR10DX 系列时，为其他输出提供最小负载以确保良好的稳压性能也是一种绝佳的做法。此外，还有一个集成电路供电标准做法，就是在负载点放置 22 uF/25 V MLCC 电容器（X7R 或 X5R）和 470 uF/35 V 钽电容器，以缓冲本地脉冲电流。另外要注意热管理，因为重负载可能会超出元件的额定值。如需帮助，Ganmar Technologies 的技术支持部门可以帮您解决设计难题。

图 4：并联转换器为更大负载供电。（图片来源：Ganmar Technologies）

其他建议

接地管理是系统设计的一个重要方面，但有时会被忽视。当使用经整流的交流电源（单相或三相）为转换器供电时，建议将初级侧回线分开。

结语

使用多个 DC-DC 转换器为负载提供更高的启动或偏置功率是可行的。如果负载由多个设备组成，则每个设备可由单独的转换器供电，所有转换器都连接到一个公共回线上。对于不可分割的负载，转换器必须并联，同时注意反馈回路的稳定性。GMR10Dx 系列只需最少的附加元件即可并联，而且 Ganmar Technologies 还提供技术支持，帮助您了解应用细节。