Alternatywnie, możesz być zainteresowany zwiększeniem dostępności systemu lub urządzenia oraz zapewnieniem ciągłości działania, dlatego chcesz zagwarantować redundancję w układzie zasilania.
W takich przypadkach warto rozważyć pracę zasilaczy w układzie równoległym lub szeregowym. Choć zasady działania tych układów są proste, problemy pojawiają się na etapie ich wdrażania. Poniżej omawiamy oba podejścia i przedstawiamy istotne aspekty, które należy wziąć pod uwagę.
Praca zasilaczy równolegle – większa moc
Jeśli Twoja aplikacja wymaga większego prądu niż oferuje pojedynczy zasilacz, ale dostępny model spełnia wymagania napięciowe i techniczne, rozwiązaniem może być praca kilku jednostek równolegle.
W teorii możesz połączyć dowolną liczbę zasilaczy, aby osiągnąć żądany prąd wyjściowy. Najprostszym rozwiązaniem jest użycie dwóch urządzeń, co pozwala podwoić dostępny prąd.
Główne wyzwanie przy pracy równoległej to zapewnienie, że każdy zasilacz wnosi równy wkład w dostarczany prąd. Bardzo prawdopodobne jest, że jedna jednostka przejmie większe obciążenie, co prowadzi do jej przegrzania i przedwczesnej awarii.
Przy niskim obciążeniu (<30% maksymalnego) rozkład prądu jest szczególnie nierówny, ale zwykle nie stanowi to problemu. Wraz ze wzrostem obciążenia rozkład ten staje się bardziej równomierny.
Można również zastosować diody szeregowe na wyjściu każdego zasilacza, zwłaszcza gdy równolegle pracują więcej niż dwa. Choć zwiększają one ochronę, powodują też spadek napięcia. Diody te powinny być dobrane na prąd czterokrotnie większy niż wyjściowy i napięcie dwukrotnie wyższe, a także mogą wymagać radiatora.
Zamiast prostego podejścia z diodami, zalecane jest zastosowanie aktywnego obwodu równoważenia obciążenia (load sharing), który rozdziela prąd równomiernie. Choć dodaje to złożoności i kosztów oraz może być podatne na zakłócenia środowiskowe, zwiększa niezawodność i bezpieczeństwo. Niektóre zasilacze mają już wbudowaną obsługę pracy równoległej i aktywnego równoważenia prądu.
Równoległe zasilacze dla redundancji
Dostępność i nieprzerwana praca to kluczowe kwestie w wielu zastosowaniach, np. w przemyśle motoryzacyjnym czy spożywczym.
Najczęstsze podejście to konfiguracja 1+1, gdzie jeden zasilacz zasila aplikację, a drugi pozostaje gotowy do przejęcia zasilania w razie awarii pierwszego.
Do tego wystarczy prosta konfiguracja z diodami OR oraz ustawienie napięcia wyjściowego drugiego zasilacza na nieco niższe (np. o 2%).
Przy większych prądach stosuje się konfigurację n+1 – np. cztery zasilacze 15 A dla aplikacji wymagającej 45 A. W razie awarii jednej jednostki, pozostałe nadal zapewniają wymagany prąd. Ze względu na złożoność systemu, zaleca się stosowanie inteligentnego układu monitorowania z tranzystorami MOSFET (mniejsze straty napięcia), który także raportuje awarie przez sieć przemysłową.
Szeregowe połączenie zasilaczy – wyższe napięcie
Aby osiągnąć wyższe napięcie wyjściowe, można połączyć zasilacze szeregowo. Tak jak przy pracy równoległej, powinny pochodzić z tej samej serii. Prąd wyjściowy będzie ograniczony przez jednostkę o najniższym dopuszczalnym prądzie.
Jeśli napięcie przekracza 60 VDC, instalacja przestaje spełniać normy SELV (Safety Extra-Low Voltage). Wymagane jest wtedy fizyczne zabezpieczenie przed dotykiem oraz uziemienie.
W celu ochrony przed zwarciem, należy zastosować diody Schottky’ego na wyjściu każdego zasilacza – muszą być dobrane na co najmniej podwójne napięcie i prąd obciążenia.
Napięcie wyjściowe może nie narastać liniowo – różnice w czasie uruchamiania zasilaczy mogą spowodować „załamanie” napięcia (kink), co może wpłynąć negatywnie na działanie niektórych obciążeń.
Najważniejsze wskazówki przy projektowaniu układów szeregowych i równoległych
-
Stosuj zasilacze z tej samej serii/modelu.
-
Upewnij się, że spełniają wymagania elektryczne, mechaniczne i środowiskowe.
-
Żaden z zasilaczy nie może być przeciążony.
-
Wybieraj zasilacze z obsługą dzielenia obciążenia lub stosuj aktywne układy.
-
Dobierz odpowiednie diody zabezpieczające.
-
Zadbaj o odpowiedni przekrój przewodów, ich długość (symetryczne prowadzenie) i uwzględnij spadki napięć.
-
Bądź świadomy potencjalnych problemów z kompatybilnością elektromagnetyczną (EMC), prądem upływu, prądem rozruchowym, tętnieniami i szumami.
Jeśli nie masz pewności, czy wybrany zasilacz można stosować w układzie szeregowym lub równoległym – skonsultuj się z producentem lub dostawcą.
(na podstawie artykułu: https://www.tracopower.com/int/psu-parallel-and-serial-operation-0)
