并联 DC-DC 升压转换器

电器工程 直流-直流转换器 促进 平行线 转换器
2022-01-16 03:36:12

我正在尝试使用 1 节锂电池为 12V 1A 设备供电。在 12W 时,lipo 需要提供 3.24A(假设没有功率损耗)才能将电压升高到 12V 并提供 1A。

然而,DC-DC 升压转换器 (XL6009) 的额定电流为 2A 连续输入。所以我决定并联 3 个 DC-DC 升压转换器,这样它们每个都分担负载并保持一切冷却。做了一些谷歌搜索,我不确定这是否是一个好主意,有人说输出的微小差异会随着时间的推移输出较低的转换器。

我的问题是我应该这样做吗?如果是这样,我需要一个二极管来处理输出电压的不同吗?如果是这样,在我的情况下我应该使用什么二极管?

4个回答

在您的帖子中,您说您希望在 12V 时输出 1A,并且您计算出您需要 3.24A 输入而没有损失。您没有说明您使用的是什么输入电压,但可以计算出来。12V * 1 A / 3.24A = 3.7V。3.7V 远低于数据表中规定的最小输入电压 5.0V。所以你的供应可能无法正常工作。

关于并联升压稳压器的第二个问题。是的,它可以做到。

与大多数升压转换器一样,XL6009 升压转换器的输出在输出级包括一个二极管。如果多个 XL6009 并联,该二极管将阻止一个电源的输出电流回流到其他电源。现在,为了确保耗材分担负载,您需要添加某种反馈。最简单的方法是在每个电源的输出端添加一个小型串联电阻,然后将每个电阻的另一侧连接在一起以馈送负载。

XL6009 的参考电压容差略低于 3%,假设使用由两个 1% 电阻组成的分压器将输出设置为 12V,则输出的总容差为 ±5%。因此每个电源的输出将为 12V ± 0.6V DC 加上纹波。

让我们假设您实际上有一个 5V 输入,并且电源的效率为 92%,如数据表中所述。因此,如果您想要 12V 输出 1A = 12W,那么您需要输入 12V * 1A / 92% / 5V = 2.6A。在这种情况下,您可能只需要并联两个电源。

您希望平衡负载共享,以便在最坏情况下的输出电压下,两个电源都不需要超过 2A 的输入,高输出电流的电源为 12.6V,另一个电源为 11.4V。在 2A 输入时,电源可以输出 2A * 5V * 92% / 12.6V = 730mA 输出。在这种情况下,另一个电源需要提供 1A - 730mA = 270mA。

为确保负载共享使得每个电源在每个输出上的电流不低于 270mA 至 730mA,需要在输出端添加一个小型串联电阻。通过串联电阻器的负载电压会有一些下降。让我们称负载电压 Vout,以及每个电源 V1 和 V2 的输出。让我们称每个电源 I1 和 I2 的输出电流。

为了求解电阻值,我们现在有两个方程和两个未知数。

Vout = V1 - I1 * R
Vout = V2 - I2 * R

因此

V1 - I1 * R = V2 - I2 * R

求解 R 给出...

R = (V1 - V2)/(I1 - I2)

我们已经知道在最坏的情况下,我们希望 V1 = 12.6V,I1 = 730mA,V2 = 11.4V,I2 = 270mA。

因此 R = (12.6V - 11.4V) / (730mA - 270mA) = 2.6 欧姆。

电阻器的瓦数为 2.6 ohms * (730mA)^2 = 1.38W 最坏情况。因此,您可能需要一个 2W 电阻。

在最坏的情况下,包括电阻压降在内的输出电压将为 12.6V - 2.6 ohms * 730mA = 11.14V。

两者在 500mA 时均分输出 11.4V,您的输出可能低至 11.4V - 500mA * 2.6 ohms = 10.1V。

两个电源在空载时均分输出 12.6V,您的输出可能高达 12.6V。

如果您想从最坏情况下的 2A 输入中回退一点,您可以将电阻值增加到 2.6 欧姆以上,以牺牲效率为代价创建更平等的共享。

所以我决定并联 3 个 DC-DC 升压转换器,这样它们每个都分担负载并保持一切冷却

方案 1

产生最高输出电压(比其他电压低几毫伏)的设备是赢得提供所有电流并最终烧毁或关闭的设备。然后,产生比第三个设备(但小于第一个设备)稍高输出电压的设备将获胜,它将继续提供电流,直到它烧毁或关闭,留下第三个设备并最终烧毁或关闭。

方案 2

然而,随着第一个设备升温,它的输出可能会减少并优雅地开始与第二个设备分担负载职责,这可能会扩展到第三个设备,但这通常有点像童话故事,不会发生/不可能依靠。

方案 3

有源同步电源将互相争斗,将尽可能多的电流倾倒到彼此的输出中,以提高电压并赢得比赛(根据场景 1)。

可能还有其他情况,但涉及输出二极管的情况属于情况 1,因为二极管的作用是防止情况 3 中提到的电流倾倒。二极管也会降低任何高达 1 V 的电压,因此浪费了能量并损失了功率。

我的建议 - 购买专为这项工作设计的单个模块。

您可以使用电流镜在三个 DC-DC 升压器之间主动准确地分配功率负载。每个升压器只需要一个 NPN 晶体管。我用过三个便宜的 TIP31,但任何中等功率类型都可以,只要它们都是完全相同的型号。这是因为电流镜取决于所有晶体管,它们在 beta、热行为等方面具有非常相似的特性。构建电流镜非常容易:将集电极 od Q1 连接到输出 od 升压器 1,集电极 od Q2 连接到升压器 2 的输出,和 Q3 的集电极到升压器 3 的输出。Q1、Q2、Q3 的发射极要连接在一起。这是您新的组合功率输出,进入负载的输入端。接下来,将所有底座连接在一起,然后 - 这很重要 - 将 Q1 的底座也连接到 Q1 的集电极。仅对 Q1 执行此最后一步。Q2 和 Q3(同一个型号并与 Q1 共用一个基极,因此无论升压器 1 和升压器 2 的电压有多高,它们的行为几乎相同并复制 Q1 的集电极-发射极电流。最后,您需要调整您的升压器输出电压以补偿一个二极管压降(因为您的晶体管现在是发射极跟随器)。对于 12v 输出,将升压器 1 设置为 12.6v,将升压器 2 和 3 设置为 13v(它们需要等于或高于升压器 1能够复制 Q1 的电流,但这根本不会影响您的输出,因为它现在是主动控制的。)那么,我们从这种方法中获得了什么?通过所有并联升压器的相同电流乘以相同的输出电压(发射器连接一起)等于每个助推器提供的完全相同的功率,无论负载如何,并且无论升压器 2 和 3 的(更高)电压是多少。欧姆定律。与仅使用电阻器不同的是,无论负载的电流消耗是多少,输出电压都将保持良好的恒定,由 Booster 1 调节。我希望这是有帮助的。迈克3301

我读到不能使用由离散 MOSFET 制成的电流镜,因为在 500 个 MOSFET 的盒子中,电压和增益足够相似,你不会发现超过 2 个 - 所以购买 500 件物品的费用,然后找到匹配对的时间很大。那么匹配的MOSFET可能仅用于低电流。在实践中,mosfet 可用于 IC 设计中的低电流应用,因为 IC 中的距离很近,确保它们匹配得足够好……但温度变化会阻止它们在高电流下的使用。

对于电源(任何非小信号),请使用扩展/改进的(4 晶体管)wilson BJT 电流镜。