Broschüre
Auswahlhilfe für Flex-Leistungsmodule
Gründe für die Parallelisierung
Erstens benötigen Sie möglicherweise mehr Strom, als ein einzelnes Leistungsmodul liefern kann. Durch die Parallelschaltung zweier Module lässt sich der Strom zur Last effektiv verdoppeln. Zudem kann die Parallelschaltung die Anzahl der benötigten unterschiedlichen Leistungsmodultypen reduzieren, da höhere Leistungsanforderungen mit parallel geschalteten Modulen geringerer Leistung erfüllt werden können.
Warum nicht einfach ein großes Leistungsmodul verwenden, anstatt mehrere Module parallel zu schalten? Größere Module sind möglicherweise weniger effizient als kleinere und benötigen größere passive Bauteile, die Platz beanspruchen. Auch die Entwicklung solcher Stromversorgungssysteme ist nicht trivial – manchmal ist die Parallelschaltung die einfachere und schnellere Lösung. Zudem verteilt die Verwendung zweier kleinerer DC/DC-Leistungsmodule die entstehende Wärme auf eine größere Leiterplattenfläche, was die Zuverlässigkeit erhöht.
Ein zweiter Grund ist die Bereitstellung von Redundanz in hochzuverlässigen Systemen. Sind mehr Umrichter verfügbar als für den Gesamtlaststrom erforderlich, kann bei Ausfall eines Umrichters weiterhin die gleiche Strommenge geliefert werden. Gängige Konzepte sind N+1 (mit einem redundanten Umrichter), N+M oder sogar 2N für hohe Redundanz.
Lastverteilung
Zwei parallelgeschaltete DC/DC-Wandler verteilen die Last nicht automatisch gleichmäßig. Selbst bei identischen Bauteilen unterscheiden sich die Ausgangsspannungen aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügig. Der Wandler mit der höheren Ausgangsspannung liefert typischerweise den gesamten Laststrom und arbeitet an seiner Leistungsgrenze, während der andere kaum belastet wird. Dadurch entsteht ein thermischer Hotspot, was seine Lebensdauer verkürzt.
Bei der Parallelschaltung zur Redundanz kann es vorkommen, dass bei ungleicher Auslastung der Module und Ausfall des Moduls mit dem größten Stromverbrauch das Partnermodul seine Last schnell von minimal auf maximal erhöhen muss. Dies führt zu unerwünschten Spannungsspitzen und einem kurzzeitigen Leistungsabfall.
Es gibt zwei Hauptmethoden, um Wandler parallel zu schalten und sicherzustellen, dass ein Wandler nicht überlastet wird:
- Droop Load Sharing (DLS) – Der Wandler ist mit einer “weichen” Ausgangsspannungs-Strom-Kennlinie ausgelegt. Dadurch wird die Ausgangsspannung jedes Wandlers bei steigendem Strom automatisch nach unten angepasst, sodass sich die Wandler den Gesamtausgangsstrom annähernd teilen.
- Aktive Stromverteilung (ACS) – ein komplexeres Design, das üblicherweise bei leistungsstärkeren Wandlern eingesetzt wird. Eine Signalleitung verbindet die parallelgeschalteten Wandler und steuert deren internen Schaltvorgang aktiv in Abhängigkeit vom gemessenen Strompegel in jedem Wandler.
Der Vorteil von DLS liegt in seiner Einfachheit – die Module werden einfach parallel geschaltet. Der Nachteil ist der Spannungsabfall beim Übergang von Leerlauf zu Volllast. Die Genauigkeit der Lastverteilung hängt vom Sollwertbereich der Ausgangsspannung zwischen den einzelnen Modulen und der Steilheit des Spannungsabfalls ab.
Eine weitere Möglichkeit besteht bei der Verwendung von Wandlern ohne Stromverteilungsfunktion, aber mit der Möglichkeit zur externen Spannungsanpassung. Es sind integrierte Schaltungen zur Lastverteilung erhältlich, die extern angeschlossen werden können, um die Ausgangsspannungen des Wandlers so anzupassen, dass die gewünschte Stromverteilung erreicht wird.
Parallelisierungsfähigkeiten
Nicht alle modernen DC/DC-Wandler lassen sich parallel schalten, oder die Parallelschaltung ist möglicherweise auf Redundanz statt auf Stromverteilung beschränkt. Prüfen Sie die Datenblätter des Herstellers oder wenden Sie sich an Ihren Flex-Ansprechpartner, um weitere Informationen zu erhalten.
Viele Leistungsmodule von Flex sind für eine einfache Parallelschaltung ausgelegt, wie zum Beispiel PKM4817LNH, Das Modul ermöglicht die Stromverteilung ohne externe Komponenten oder Verbindungen. Die neueste Design-Note von Flex Power Modules beschreibt den Parallelbetrieb und die Lastverteilung seiner Produkte detaillierter und erörtert Designüberlegungen zur Optimierung der Stromverteilung für maximale Ausgangsleistung.
Mehr zum Thema Parallelschaltung finden Sie in unserem Artikel. Designhinweis DN006 ‘'Verwendung von analog isolierten DC/DC-Leistungsmodulen in Parallelschaltung'.
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