AMT0105_24V电源的冗余和并联

我曾在一个项目中遇到将24V电源并联使用,这种并联并不是真正的冗余,相反它让事情变得更糟。如果想了解更多,可以拜读一下罗克韦尔公司的文章《Designing More Reliable 24VDC Systems》。
1、并联

将两个相同的电源并联是建立一个冗余系统的简单方法,但两个电源并联时,输出电压高的电源会向输出电压低的电源充电,形成环流,输出电压低的电源会发生过热甚至烧毁等现象。西门子要求每个电源尚未并联时,空载测得的输出电压之间的最大偏差不应超过50mV[1],其正确的接线如下图所示。然而这种方法并不能防止某些短路故障。比如,电源A二次侧发生内部短路,电源A相当于成为了负载,导致电源B也出现短路[2]

图1 并联示意图
2、冗余

为了解决上述的并问题,如图2所示,增加一个冗余模块。目前冗余模块中的“退耦”元件一般都倾向于采用MOSFET而非二极管。MOSFET与二极管相比具有更低的内阻,优点是:发热量小,不再需要特殊的散热器;电压降小,在40A的输出电流情况下,冗余模块的输入和输出端之间只有50mV的电压差,而二极管冗余模块至少有500mV的电压差[2]

冗余模块的运行模式分为三类:

第一种是一用一备,接线如图2,电源A工作而电源B不工作,一旦电源A故障,电源B自动投入。

第二种采用了“自动电流平衡技术”,其接线如图2,能够保证负载电流自动平均分配到两路电源,一旦某一路电源发生故障,会自动将其退耦[3],比如菲尼克斯的QUINT ORING冗余模块。

图2 冗余示意图

第三种是n+1电源模块冗余,接线如图3,这是一种1+1冗余模式。每一路电源均有一个冗余模块,一旦某一路电源发生故障,会自动将其退耦。[⚠️第一次修订]

图3 n+1冗余示意图
参考文献

[1] Siemens AG. SITOP电源操作说明[Z], 2014.

[2] Rockwell Automation, Inc. Designing More Reliable 24VDC Systems[Z], 2018.

[3] Phoenix Contact. 供电系统、电源、DC/DC转换器、冗余模块和不间断电源[Z], 2021.



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