DC-DC 轉換器並聯的準則

簡介

在設計電源系統時，通常也會針對啟動和穩態條件下的負載，依據其所需的輸出功率、雜訊特性和穩定性，來指定系統的子功能。確保電源穩定性相當關鍵，需要制定明確的規定和要求來管理電源瞬變、輸入功率變化以及系統隨之調適或反應的能力。尺寸、重量、成本和可靠性等其他因素也是關鍵的考量因素。

在開發符合這些規格的概念設計時，工程師通常會參考公司內或業界中的既有產品進行再利用，以期有效地實作必要功能。產品再利用主要是管理層所推動，目的是為了降低成本、縮短開發時間，並將風險降至最低。在此過程中，設計人員可能會遇到現有 DC-DC 轉換器不符合功率輸出要求的情況，進而衍生以下問題：是否可將多個 DC-DC 轉換器並聯以達到所需的功率位準？

本部落格文章將探討 DC-DC 轉換器並聯時的考量事項與限制。

考量事項

將兩個或多個 DC-DC 轉換器並聯以達到兩倍或三倍的降額功率的想法相當誘人。但是，正如我們將要討論的那樣，這種作法並不簡單，並且會有些挑戰。有些潛在的問題要面對，例如系統不穩定性、漣波較高和印刷線路板 (PWB) 空間利用效率低落等；而這些問題可能會掩蓋多個轉換器並聯的優勢。

最簡單的解決方案就是評估是否可以將負載分區。如果負載由多個裝置組成，可能就不需要並聯轉換器輸出。反之，您也可以對每個轉換器進行分配，以供電給負載的特定子集，如圖 1 所示。

圖 1：以多個轉換器為多個負載供電。(圖片來源： Ganmar Technologies

確保您的負載回路遵循常見的「開爾文」單點星形配置。如此一來就可將接地迴路的風險降至最低，但重要的是，也要諮詢您的系統接地設計團隊，以取得具體建議。

如果無法對負載進行分區，則必須採用較複雜的並聯策略。在大多數轉換器中，回授訊號會直接從連接負載的輸出進行採樣。此回授節點對迴路效能有顯著影響，且可能導致不穩定性。為避免此情況，必須瞭解內部回授迴路的運作以及如何正確整合。會需要額外的電路來控制並確保並聯轉換器之間達到同等的功率分攤。雖然這個設計可能較複雜，但許多製造商都有提供說明問見與指南，有利於實作這類機制。然而，設計和測試作業仍具有挑戰性，設計人員必須具備相關知識與經驗。由於這些設計取決於使用的特定轉換器，因此本部落格不會深入探討更多細節。

電流源轉換器的並聯

圖 2 顯示兩個轉換器並聯的簡化模型。當轉換器當作電流源時，將其並聯會導致個別電流加總。

圖 2：電流源轉換器並聯的說明模型。(圖片來源： Ganmar Technologies)

使用 GMR10DX 轉換器並聯

Ganmar Technologies 的 GMR10Dx 系列電源轉換器採用拓撲結構，因此輸出的行為類似於電流源。在圖 3 中，回授迴路連接到變壓器的初級側，因此會與輸出負載電路達到隔離。

圖 3：GMR10Dx 拓撲。(圖片來源：Ganmar Technologies) 圖 3：GMR10Dx 拓撲。(圖片來源：Ganmar Technologies)

如圖 4 所示，將這些轉換器並聯僅需最少的額外電路，主要是納入下拉電阻。下拉電阻有助於因應各轉換器輸出電壓的變化。針對其他輸出提供最小負載也是一個不錯的作法，以確保使用 GMR10DX 系列時達到調節良好的效能。此外，在負載點放置 22 uF/25 V MLCC 電容 (X7R 或 X5R) 和 470 uF/35 V 鉭質電容，就可支援局部脈衝電流，這是為 IC 供電時的標準做法。但要注意熱管理，因為高負載可能會超過元件額定值。如需進一步協助，Ganmar Technologies 的技術支援團隊可針對設計難題提供協助。

圖 4：轉換器並聯可供電給更大的負載。(圖片來源：Ganmar Technologies)

其他建議

接地管理是系統工程的關鍵層面之一，但有時會遭到忽視。若以整流的 AC 電源 (單相或三相) 供電給轉換器，建議讓初級側回路保持獨立。

結論

使用多個 DC-DC 轉換器為您的負載提供更高的啟動或偏壓功率是可行的。如果您的負載由多個裝置組成，各裝置都可以由單獨的轉換器供電，且所有轉換器都會連接到單一個共用回路。若負載不可分區，就必須將轉換器並聯，但要特別注意回授迴路的穩定性。GMR10Dx 系列可以用最少的額外元件進行並聯；Ganmar Technologies 可提供技術支援以協助瞭解應用細節。