正确配置并行电源，以分担负载电流或风险系统故障---凯利讯半导体
设计人员将电源并联，以获得总输出电流大于单个供应的输出电流，同时提供冗余，提高可靠性，避免PCB热问题，提高系统效率。但是，如果工程师没有适当地配置这些并行系统来共享负载电流，那么在交付所需的电流之前，可能会导致供应中断，导致系统故障。
这种系统故障的可能性只会随着记忆卡、dsp和ASICs的不断增加的需求而增加，所有这些都是在低电压和非常高的直流电流的情况下运行的。这些高性能的半导体器件也要求负载电流的变化非常快。
三个电源并联的图。
图1:并联发电的3个电源，产生额外电流。总输出电流是单个电源输出电流之和。(来源:凯利讯半导体)
使用并行power体系结构还有其他几个很好的理由(图1):
可靠性和冗余。使用多个小型电源可以比使用单一的大型电源更可靠。在最大负荷下连续运行电源大大降低了其可靠性，缩短了其寿命。冗余在关键任务系统中是很重要的，比如军事或医疗应用程序，其中一个模块的故障不能影响整个系统。在产品或系统不能容忍任何停机时间的情况下，“N +1冗余”系统使用了许多小的供应，其中需要N个单元来为负载供电，但是增加了一个“+1”供应冗余。
效率。如果电力系统必须支持广泛的负载，可以通过调整工作负载的数量来优化效率。例如，由两种供应的两种供给的直流/直流转换开关，其总转换效率比单一供应接近满负荷时更好。
热管理和寿命。使用两个或两个以上的低功率模块来产生更高的输出功率也有助于分配热负荷，从而避免了板上的热点。如果两个供应源一半的负载电流，每个将只得到一半的热，因为他们不会承担全部负荷。供应热量的传播也减少了零件的热应力，延长了每个供应的寿命。
并行的供应将在默认情况下提供不同的负载，因此简单地连接多个电源的输出并不保证负载电流被正确地共享。即使是相同零件号的模块也会有稍微不同的输出电压，而电压最高的模块自然会产生最大电流。除非强制电流共享控制被设计到系统中，否则一种电源或转换器——通常是输出电压最高的一种——将使电流达到其当前的极限设置。除非采取措施来平衡负载，否则在交付给负载之前，由于达到最大电流限制，供应可能会关闭。更重要的是，如果平行的电力供应没有平等地分享他们的贡献，一个供应将受到比其他供应更多的压力，缩短它的预期寿命。
本文将讨论典型的流共享方法。在每种情况下，关键在于实现负载共享，而不会降低单个单元的性能和效率。我们将研究一个典型的负载共享控制器的复杂性，然后讨论在中间电压总线架构中使用的总线转换器阵列，给出一个设计示例，其中模块提供了在输入和输出并行连接时共享负载电流的固有能力。
Current-sharing方法
在正确的情况下，当前共享提高了系统性能，优化了瞬态和动态响应，并最小化了热问题，这提高了可靠性，并帮助延长了阵列中所有供应的寿命。具体来说,平均故障间隔时间(MTBF)双打每10°C左右降低操作温度。目前的共享还能使供应故障恢复得更好，因为正常运行的供应必须从零到满负荷，而不是从零到满负荷。目前电力供应的共享可以通过几种不同的方法来实现。让我们一次看看这些，从电压下降的电流共享模式开始。
电压下降是设备在驱动负载时的输出电压的故意损失。它的工作原理是将电源输出电压降为负载电流的函数，以确保在并联的模块之间实现均衡的电流共享。这种“droop-share”方法增加了一个模块的输出阻抗，降低了输出电压，从而迫使电流相等。
Droop共享(图2)是由一个错误信号插入到控制循环中完成的。如果一个供应比另一个提供更多的电流，它的输出电压将被迫下降一点，这样它就会为相等的电压提供相等的电流。Droop共享可以与任何拓扑一起工作，但是该方法也有一些缺点:在电流平衡和电压调节之间存在权衡，并且在不同功率等级的并行模块之间存在固有的困难。
图的下垂方法程序的输出阻抗的电源。
图2:droop方法程序输出阻抗的电源来实现负载共享。随着个别供应电流的增加，反馈电压将会降低。(来源:凯利讯半导体)
另一种方法是选择一个主模块来执行电压控制，并迫使剩余的模块(奴隶)充当当前的源(图3)。
虽然这种技术实现了负载共享，但它没有实现冗余，因为如果主服务器失败，整个系统就会被禁用。只有具有相同型号的设备才能连接到这种类型的操作，因为在当前的额定电流中，供给必须具有相同的电压降。
专用主方法图。
图3:以当前模式提供的专用主方法将有助于当前共享，但不会实现冗余。(来源:凯利讯半导体)
一个流行的解决方案是使用外部控制器来执行负载共享。电流共享控制器根据电流的贡献调整电源电压。一个低电流的电源将在电压上调整，以增加它的份额，直到控制器的两个输入都相等。电源供应是必需的，供应需要反馈网络，以允许动态调整输出电压。
线性技术LTC 4370 current-balancing控制器,例如,是一个two-supply current-sharing,控制器与反向阻断,防止错误在一个供应降低电力系统(图4)。它采用外部n沟道mosfet作为调刺激电压的二极管能调制来实现平衡的分享。这能产生更好的共享精度，而在可调节二极管中所消耗的能量远小于传统二极管的损耗。
线性技术中LTC4370电流平衡控制器图。
图4:线性技术的LTC4370电流平衡控制器显示在两个二极管的12 V电源之间平衡10个负载电流。通过调制MOSFET电压下降来抵消供应电压的不匹配，可以实现共享。(来源:凯利讯半导体)
最小二极管电压降为25 mV。液滴的上限值是由量程针设定的，它决定了控制器能补偿的供给差。允许的最大电压差是由< 60 KΩ电阻范围和接地插脚之间的放置。当输入电源电压差超出程控范围时，LTC4370将禁用当前共享功能。有两种报警输出，分别监控每个MOSFET门的控制电压。通过将一个LTC4370的共享输出与另一个LTC4370进行级联，可以控制三个或更多的供应，从而为负载提供相等的电流。
为了帮助您入门，线性技术提供了一个产品培训模块，“当前共享基础与LTC4370”，讨论了并行连接两个电源的基础，以及使它们共享负载电流的方法。它讨论了每种方法的优缺点，并简要讨论了LTC4370电流平衡控制器。
并行总线转换器的当前共享。
用于中间总线结构(IBAs)的总线转换器的并行阵列经常用于应用程序中，单个总线转换器的输出功率不足以满足最大负载条件。通常，在这些配置中使用了活动的当前共享。例如，Vicor的芯片总线转换器模块(BCM)可以并行地提供多kw阵列。当一个给定部件数的多个BCM模块在一个阵列中连接时，它们就会根据从电源到负载点的系统实现的等效阻抗分割器来共享负载电流。
共享精度是输入-输出-互连阻抗匹配、BCM模块输出阻抗(崩溃)和均匀冷却的函数。模块的溃败程度越低，输入电压越高，就必须匹配以避免过度的电流不平衡。因此，输入电压必须等于确保均匀分布的共享。
设计用于数据中心的高压直流配电基础设施，电信和工业应用Vicor的VI芯片高压BCM总线变频器6123提供高达1.75 kW at 50v，最高效率为98%，功率密度为2750 W/in3。您可能想利用6123的评估板，BCM6123E60E15A3T00。
多个BCMs的并行和共享性能可以很容易地得到验证。堆叠多个评估板，然后将输入和输出与金属standoffs进行互连，以创建一个并行数组。在相同的阻抗下，负载在多个BCMs之间有效地共享。
表1:Vicor测试了7个bcm总线转换器阵列的电流共享性能，尽管布局条件不理想，但整个阵列的共享在5%以内。(来源:凯利讯半导体)
作为一个设计示例，Vicor测试了一个由7个高电压输入的300w BCM总线转换器组成的阵列(上面表1中的U1模块U1)，提供了2.1 kW的总功率。该表说明了该布局的测量电流。即使没有理想的布局条件(长线、独立板、使用standoffs来传输电流)，整个阵列的共享也在5%之内。
结论
利用并联的多个电源，设计人员可以获得更大的输出电流，同时实现冗余，提高效率，提高整体系统的可靠性。当然，如果使用这篇文章中列出的技术和示例设备，添加更多的电力电子设备是有成本因素的，那么，好处可能很快就会超过成本，尤其是在无法接受系统故障的应用程序中。