电源并联：多选项，衡利弊

谁来负责？

为了在阵列中实现可靠和可预见的工作，电源一般必须专门针对并联工作来设计。我们必须全面考虑启动同步、故障保护协调，以及控制回路的稳定性。

对于一个可为负载提供更高水平可用电流的并联阵列电源来说，需要采用针对阵列使用的某种类型的控制回路策略。一种流行的控制策略是运行没有内部稳压放大器的电源，但用一个由误差放大器控制的公共控制信号输入将它们组合在一起。这个误差放大器可调节系统的输出，然后其单反馈信号被分发到系统中的所有电源。

这种流行控制策略的主要优点是输出电压的调节很好，而均流误差由部件间的调制器增益的偏差所决定。不利的方面是，使用单个误差放大器和单线控制母线可能会产生单点失效，这对某些类型的高可靠性系统可能是个问题。另外，调制器增益的参数误差难以控制，这往往导致制造商权衡良率来控制共享误差。

对于单控制回路的方法，如果电源对其控制节点输入具有很小的容限，那么均流误差可降到最低。如果共享误差很大，那么要么必须降低阵列的额定功率，以避免由于共享失衡造成阵列中任何单个电源过载，要么需要采用具体处理措施。用于改善由于不同部件间的差异所造成的均流误差的技术包括在生产中针对输出误差进行校准（这种方法昂贵），或者在阵列中每个电源附近增加电流控制环来消除该误差（这会增加复杂性和器件）。这些本地回路的电流检测通常需要对电源增加分流电阻。

对于控制节点是参考初级侧的隔离DC-DC电源来说，会出现第二种障碍：初级侧和次级侧隔离边界的误差放大器输出信号的传输问题。根据所使用的隔离元件，隔离技术经常会增加成本，占用宝贵的空间，而且会对可靠性带来不利影响。

第二种允许在阵列中采用单独电源并联的控制回路策略是使用负载线来效仿镇流电阻器方法中的路径上的电阻。通过实施所谓的“降压均流（droop-share）”的负载均流方法，每个电源都有单独的参考和集成的误差放大器，但随着负载电流的增加，参考电压被有意处理为线性减少，从而使得输出电压降低一定值。

并联电源可能会对瞬态响应和负载调节带来消极影响。降压均流方法刻意使用了负的负载调节方式将负载分布到阵列中的模块。因此，对于降压均流阵列，负载调节往往比用传统单误差放大器创建的阵列差。可以在降压均流阵列周围使用一个外部控制回路，以有效抵消负的负载调节方式。因为外部回路本身就是一个误差积分器，由此产生的静态调节误差与传统误差放大器情况相同。

电源设计可以简化，而增强并联配置

电源供应商可以采取步骤来应对并联挑战。例如，采用转换器级封装（ChiP）的Vicor的DCM DC-DC转换器采用一条内置负斜率负载线；因此，随着负载的增加，DCM的内部稳压器仅略微降低输出电压。这实际上就像小镇流电阻器的实现方法，但并没有用任何实际的电阻器（图3），而且具有其他几个关键特性。


图3：采用ChiP封装的Vicor的DCM适用于通过简单将其输出连接在一起的并联；不需要二极管、镇流电阻器，或其他负载平衡元件。

首先，它是一种实现镇流电阻器的不同方法，因为没有物理电阻器，也没有V×I生成的热量，不涉及热能浪费。第二个区别涉及动态响应，因为频率高达数百千赫，由于没有高频寄生问题，在其I-V传递函数曲线中，真正的电阻器可以被认为具有无限的“带宽”。因此，电阻器上电压的任何瞬时变化都会导致电流的相应变化。

在DCM转换器中，负载线是通过数字/模拟转换器的离散时间调制器产生误差放大器的参考电压来实现的。正确的参考值主要是基于DCM输出电流的估计计算的，并为了降低噪声，做了一些平均处理。因此，DCM所模拟的负载线相当于电阻并联一个大电容。当查阅数据表图片时，所看到的电源对阶跃负载的响应就是由于这个RC时间常数所产生的。  

尽管如此，虽然这种负载线输出特性允许多个DCM输出直接进行并联，但是它们自身的误差放大器控制回路仍处于活动状态。如果所有的DCM对负载都有相同的外部（真正的）路径电阻，有相同的调节设定值，并且都处于相同温度，阵列中的DCM上的负载电流分布是完全相等的。因此，并联DCM的行为就像单个DCM，但是有更高的输出电流（图4）。


图4：利用Vicor DCM转换器，并联的单元可作为一个转换器使用；此外，如负载线所示，如果阵列相对最大负载为N+1冗余，不管任何单个转换器出现故障，阵列将继续工作。

由于其负电压温度系数，利用DCM转换器系列，各自单元中的温度变化不是问题。如果一个电源的加载比其他电源多，相对于其他电源其温度会上升，这反过来会导致其输出电压降低。由于其他并联DCM的输出电压与加载DCM的输出电压相匹配，其输出将跟随其负载线，从而增加其负载电流的共享，使电路回到平衡。

并联DC-DC电源的问题和方法适用于大型转换器，如Vicor的DCM系列，而且也可用于负载小得多的电源IC。例如，LT3083是Linear Technology公司的一个3A低压差（LDO）线性稳压器，它支持在每个电源及其共同输出轨之间使用10 mΩ镇流电阻器的并联工作。

使用并联电源是实现库存和采购、产品通用性、额外输出电流和N+1冗余效益的一种有吸引力并可行的技术。不过，我们必须要了解可能的并联拓扑结构，以及如何保持跨多个电源的闭环电源调节。