Зачастую в быту можно столкнуться с ситуацией, когда выходных параметров одного имеющегося источника питания (выходного тока или напряжения) недостаточно для обеспечения электроэнергией существующей нагрузки. Если есть дополнительный блок, возникает идея сложить возможности двух БП для достижения результата. Это возможно, но не всегда.
Для чего нужно последовательно или параллельно соединять блоки питания
Последовательное соединение блоков питания позволит поднять выходное напряжение. Общий выходной уровень будет равен сумме напряжений каждого источника — Uобщ=U1+U2+U3…+Un. В частном случае для соединения n блоков с одинаковым выходным напряжением U, общий уровень будет равен Uобщ=n*U. Для осуществления такого включения, плюсовой вывод одного БП соединяется с минусовым выводом соседнего и так далее. Крайние выводы получившейся цепочки подключаются к нагрузке. Например, при последовательном соединении двух источников питания с напряжением 5 и 7 вольт, на уровень на нагрузке составит 5+7=12 вольт, а если соединить три БП по 12 вольт каждый, общее напряжение составит 3*12=36 вольт.
При параллельном соединении источников питания одноименные выводы соединяются между собой – плюсовые с плюсовыми, минусовые с минусовыми. У БП с одинаковым выходным напряжением общий выходной уровень остается неизменным, зато складываются токи, отдаваемые каждым из блоков питания. Принцип сложения токов похож на сложение напряжений при последовательном соединении Iобщ=I1+I2+I3…In, или для n источников с одинаковой токоотдачей с равномерным распределением Iобщ=n*In.
В обоих случаях соединение нескольких БП увеличивает общую электрическую мощность, которая, как известно, равна произведению тока на напряжение (P=I*U). При параллельном соединении увеличивается первый множитель, при последовательном – второй.
В отличие от последовательного соединения, БП с разным выходным напряжением параллельно включать нельзя. Источник с более низким напряжением станет для второго блока питания нагрузкой, и никакого сложения токов не получится (ток пойдет от источника с большим напряжением к БП с меньшим напряжением). Если включить параллельно больше двух источников питания с разными напряжениями, картина токораспределения будет более сложной, но увеличения мощности все равно не будет.
Схема последовательного подключения
Пример практического последовательного включения рассмотрен на примере двух импульсных блоков питания. Входные цепи переменного напряжения подключаются параллельно (желательно, чтобы фазные проводники подключались к фазным, нейтральные – к нейтральным, но это не принципиально, на работоспособность влиять не будет). Так как цепь собрана последовательно, то общий ток нагрузки пойдет через оба блока питания, и максимально допустимый ток будет определяться источником с меньшей нагрузочной способностью.
Схема параллельного подключения
С параллельным подключением на практике все далеко не так просто. В первую очередь, как сказано выше, надо позаботиться о том, чтобы выходные уровни всех источников строго соответствовали друг другу. В реальности этого достичь очень сложно, хотя и возможно – соответствие должно быть на уровне милливольт. Но даже если и получится добиться такого равенства, это не дает никаких гарантий. В процессе эксплуатации даже при использовании двух идентичных блоков выходные уровни могут измениться в результате:
- различий в мощности БП (в выходном сопротивлении);
- разных реакций на изменение нагрузки или входного напряжения (различие в коэффициентах стабилизации);
- различных реакций на изменение температуры;
- воздействия других факторов.
В итоге с трудом достигнутое равновесие нарушится и нормальной параллельной работы не будет.
Несколько уменьшить вредный эффект можно введением выравнивающих резисторов, но при этом:
- резисторы будут выручать только при небольших колебаниях напряжения;
- они будут уменьшать общую мощность из-за падения на них напряжения и ограничения тока.
В интернете можно найти советы включать источники параллельно через диодную развязку. Эта схема неплохо работает на бумаге, но в реале если напряжение одного из источников превысит выходной уровень другого, к одному из диодов напряжение общей шины окажется приложенным в запирающем направлении.
Точнее, это случится даже если напряжение на общих шинах не позволит создать напряжение открывания диодов, которое для кремниевых элементов составит 0,6 вольт между катодом и анодом, для диодов Шоттки – 0,2..0,4 вольта.
Поэтому использование диодной развязки пригодно только для случая, когда один источник резервирует другой. При снижении напряжения запасной БП «подхватит» нагрузку без паузы. Для этого надо, чтобы каждый источник был рассчитан ан полную мощность потребителя (напряжение и ток).
На практике для параллельного соединения источников питания разрабатываются технические решения, которые могут быть направлены на:
- использование специальных алгоритмов регулирования, выравнивающие реакцию источников на изменение нагрузки;
- использование внешних активных балансировочных устройств для уравнивания токораспределения;
- применение активных шин.
Все эти решения являются технически сложными, и в домашних условиях труднореализуемы и нецелесообразно дороги.
По всем перечисленным причинам параллельное подключение блоков питания — не лучший выход для решения простых задач. Гораздо проще и дешевле приобрести БП потребной мощности.
