可提高负载分配与功率输出的并联DC/DC模块介绍

在中间总线架构（IBA）应用中，通常单个DC/DC总线转换器没有足够的能量来为遍布系统板的所有电子负载供电。在这种情况下，设计人员必须从头开始构建高功率，高效率的转换器或并行同样高效的电源模块，以将系统输出功率提高到所需的水平。

设计功率和性能非常高的千瓦或更高功率DC/DC转换器并不简单，既耗时又具有挑战性，并且由于更大的无源元件而增加了高度。并联相同的DC/DC模块以获得更高的输出功率可以加快任务，同时保持所需的性能和配置。但是，为了满足这些要求，共享负载电流的各个转换器必须最小化每个转换器所需的动态响应或恢复。

使用两个或更多低功率模块产生更高的输出功率还有助于将热负载分布在更大的印刷电路板（PCB）区域，从而避免电路板上的任何热点。但是，并非所有模块都是为并行操作而设计的，因此在并行连接之前，设计人员必须确保模块提供负载共享功能。

并联DC/DC模块

从本质上讲，设计为允许并联的模块通常使用有源电流共享或无源下垂补偿技术。在通常在较高功率模块上发现的有源电流共享中，单独的信号线连接并联模块，并根据每个模块中的感测电流水平主动控制内部开关操作。允许电源转换器进行通信可提高负载分配的准确性，并最大化并联转换器阵列的功率输出。

通过允许功率输出电压作为负载电流的函数下垂，下垂补偿确保并联连接的模块之间的均衡电流共享。多个电源制造商在DC/DC转换器中包含此功能。德州仪器就是其中之一。根据TI的SVA应用设计服务技术人员Bob Sheehan的说法，电流模式控制器可用于并联运行中的下垂补偿和负载分配。但是，Sheehan建议使用图1中的电路，这是使用电流模式控制器（如TI的LM25117或其他类似控制器）时下垂补偿和负载分配的一般方法。

图1：Rdroop限制误差放大器增益，可根据LM25117或其他类似电流模式控制器的所需下垂补偿量进行调整。

另一方面，Vicor为总线转换器提供了在并联连接时为更高功率应用共享负载电流的能力。例如，制造商的BCM系列能够在输入和输出并联时固有地共享负载电流。通过模块输出阻抗ROUT的正温度系数进一步加强了负载分配。

根据Vicor的应用笔记AN016，¹共享精度是输入和输出互连阻抗匹配，BCM模块的输出阻抗ROUT和均匀冷却的函数。

Vicor指出，可以并联大量模块。但是，实际上，由于输入和输出互连阻抗匹配问题以及在阵列上获得均匀冷却，大于10的阵列变得困难。此外，该公司还建议，当模块的ROUT较低时，输入电压必须更紧密地匹配，以避免过大的电流不平衡。因此，输入电压必须相等以确保均匀分布的共享。

假设冷却相同，阵列可以全功率运行，准确共享，无降容。因此，在应用笔记中采用Vicor提供的指南，工程师可以设计出一个高功率阵列，该阵列针对保护，效率和可靠性进行了优化，噪声最小。

高功率阵列

实施所讨论的指南，Vicor提供了一个并联的七个高压输入300 W BCM总线转换器的示例阵列，总功率为2.1 kW（图2）。本设计实例中使用的BCM部件为B352F110T30。

图2：七个并联的高压输入300 W BCM总线转换器阵列提供2.1 kW的总输出功率。

由于BCM模块的开关频率》 1 MHz，并提供两倍于开关频率的有效输出纹波，因此通过使用小负载点电容和走线电感实现输出滤波。类似地，如图2所示，输入电感的使用限制了每个BCM模块的高频纹波电流。输入电感的使用限制了每个模块的高频纹波电流。模块输入之间的一些输入电感对于最小化并联模块之间的相互作用是必要的，并允许阵列的正确操作。此外，输入电感还通过减少（或消除）由阵列中BCM模块的异步切换引起的拍频来降低EMI并增强并联系统的整体稳定性。

表1显示了高功率阵列实验室布局的测量电流，如图3所示。即使布局条件不太理想（长线，单独的板，使用支座来传输电流），整体据Vicor称，该阵列的共享率在5％以内。

模块＃48 A负载

（6.86 A/BCM）95 A负载

（13.6 A/BCM）143 A负载

（ 20.4 A/BCM）192 A负载

（27.5 A/BCM）IBCM％偏差IBCM％偏差IBCM％偏差IBCM％偏差U1 5.9 14.0 12.6 7.4 19.2 5.9 27.6 0.4 U2 7.1 3.4 13.2 2.9 19.9 2.5 27.3 0.7 U3 6.7 2.4 13.6 0.0 20.6 1.0 27.7 0.7 U4 7.4 7.9 14.4 5.9 21.3 4.4 27.4 0.4 U5 7.1 3.4 14.0 2.9 20.8 2.0 27.5 0.0 U6 7.2 5.0 14.0 2.9 20.9 2.5 27.7 0.7 U7 6.8 0.9 13.5 0.7 20.4 0.0 27.2 1.1最差情况偏离标称值（％）14.0 7.4 5.9 1.1

表1：高功率BCM阵列实验室布局的测量电流。

图3：使用Vicor的7个BCM总线转换器模块实验演示高功率阵列。

此外，BCM数据表显示，通过连接阵列中BCM模块的PC引脚，可以同时启用和禁用阵列中的所有单元。因此，这可确保阵列中没有单个BCM模块比启动期间指定的电流多。

虽然阵列示例侧重于高压输入BCM，但总线转换器系列还包括具有48 V输入和12 V及以下输出且具有负载分配功能的成员。其中一个部件是BCM48BH120T120A00，一个120 W总线转换器，提供48 V输入总线的隔离12 V标称输出，能够共享并联工作的负载电流。

总之，如果在设计输入和输出连接时要小心，可以使用并行设置的总线转换器轻松构建高功率阵列。