Как подключить 2 блока питания
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.
Принцип последовательного соединения источников напряжения
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.
Соединять параллельно источники с разными выходными уровнями нельзя
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.
Последовательное соединение двух импульсных БП
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.
Схема с выравнивающими резисторами (включении к питающей сети по входам для упрощения не показано)
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).
Схема диодной развязки
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.
Промышленное техническое решение для параллельного соединения БП с помощью балансировочного устройства
По всем перечисленным причинам параллельное подключение блоков питания — не лучший выход для решения простых задач. Гораздо проще и дешевле приобрести БП потребной мощности.
Параллельное соединение блоков питания
Бывает что нужно увеличить мощность соединив два блока питания параллельно.
Например, длина ленты RGB мощностью 14,4 Вт на метр 16 метров. Общая мощность ленты получается равна около 230 ватт. Мы имеем контроллер RGB 288 ватт. Этого нам вполне достаточно. А вот блока питания 250 ватт будет маловато, так как у него нужен запас по мощности процентов 15.
. Поэтому, чтобы запитать ленту RGB, о которой я говорил выше, нужен блок питания 300 ватт. Но блоки питания от 300 ватт снабжены вентиляторами охлаждения, которые производят своеобразный шум. Что нежелательно.
Поэтому было решено взять два блока питания по 150 ватт и включить их параллельно, тем самым увеличив общую мощность вдвое.
Как это сделать правильно рассмотрим в этой статье.
У нас два одинаковых блока питания с одинаковыми параметрами. Но если один блок питания выдает напряжение больше второго даже незначительно, то на второй потечет обратный ток, что может быть губительно для него. Поэтому в выходную цепь нужно ставить развязывающие диоды.
А схема подключения двух блоков питания параллельно вот такая.
Первое что мы делаем это запараллеливаем питание 220 V. Ноль с нолем, фазу с фазой и землю с землей. Сюда будет подключаться питающий кабель 220 вольт.
Далее соединяем между собой минусовые клеммы выходного напряжения 12 вольт
Берём диодную сборку или два мощных диода. Анод одного диода подключаем к плюсу выходного напряжения 12 вольт одного блока питания, а анод второго диода к плюсу выходного напряжения второго блока питания. Катоды же диодов соединяем между собой. От катодов пойдет провод на плюс контроллера RGB. На минус контроллера пойдет провод с минусов блоков питания, которые мы соединили перемычкой. Как подключить светодиодную ленту RGB самостоятельно можете прочитать здесь.
Диоды работают как ключи и обратный ток не пойдет на второй блок питания даже если напряжения на выходах блоков будут различаться.
Мы получили 12 вольт 300 ватт в идеале. На самом деле из-за внутреннего сопротивления диодов на выходе будет меньше. Но всё равно будет вполне достаточно.
Минус параллельного соединения блоков питания в том, что при выходе из строя, по какой либо причине, одного блока, вся нагрузка ляжет на второй. И его мощности не хватит для нормальной работы всей схемы, и он тоже выйдет из строя. Поэтому, конечно, целесообразней использовать один мощный блок питания.
Тем не менее параллельное соединение блоков питания имеет право на жизнь.
Параллельное подключение блоков питания
Параллельное соединение двух или более источников питания может быть хорошим решением, когда требуется запитать цепь током, превышающим предельную мощность одного блока питания. Но такое подключение не гарантирует что подключенные устройства будут работать должным образом, обеспечивая достаточно высокую мощность. На эффективность такого решения влияет множество факторов которые следует знать, прежде чем приступать к практической реализации.
Некоторые источники питания, обычно более современные импульсные, имеют специализированные решения для управления параллельной работой, такие как дополнительные линии управления или измерения. В случае менее сложных устройств также возможно получить правильную параллельную работу, но не забывайте про основные правила при проектировании этого типа соединения.
Комбинированные блоки питания должны иметь одинаковое напряжение питания, и желательно, чтобы они были одного типа. Производители обычно включают в документацию схемы советы и информацию о возможностях и рекомендуемом способе параллельного подключения. Для начала стоит подробно ознакомиться с документацией и выполнить эти рекомендации.
Идеальный источник напряжения
На клеммах идеального источника напряжения всегда преобладает одна и та же разность потенциалов (напряжение), независимо от силы тока протекающего от источника. В реальном мире не существует идеального источника напряжения – на практике все имеют конечную мощность, ограниченную в виде максимального значения тока нагрузки. Идеальный источник напряжения – это в первую очередь теоретическая модель, используемая для моделирования работы схемы.
Все реальные источники питания имеют ограничение тока нагрузки. После превышения этого значения напряжение на выходе БП начнёт падать до нуля. Поведение устройства после достижения максимально допустимой нагрузки зависит от конструкции БП. Схема может постепенно понижать напряжение питания по мере увеличения тока (для поддержания постоянного значения мощности) или быстро отключать питание, делая выходное напряжение равным нулю. Устройство также может автоматически вернуться к нормальной работе после перегрузки или дождаться сброса, вызванного например нажатием кнопки пользователем. При параллельном подключении источников питания важно знать поведение схемы в случае перегрузки по току.
Внутреннее сопротивление БП
Реальные источники питания имеют положительное внутреннее сопротивление. По этой причине с увеличением тока нагрузки напряжение на выводах БП уменьшается. ИП обычно проектируются так, чтобы полное сопротивление и падение напряжения были как можно более низкими, обычно значительно ниже 1 Ом – это один из наиболее важных параметров, указанных в характеристиках устройства.
Кроме того, реальное значение выходного напряжения блока питания зависит от многих параметров его компонентов, поэтому даже отдельные блоки одной модели будут немного отличаться в этом отношении.
Для параллельной работы выгодно выбирать схемы с максимально близким напряжением питания – слишком большая разница напряжений может привести к тому, что одно из устройств (с более высоким напряжением) попытается запитать подключенную схему самостоятельно, в то время как другое останется ненагруженным.
Некоторые БП оснащены функцией удаленного измерения, то есть специальным входом для контроля выходного напряжения. Это позволяет компенсировать падение напряжения связанное с увеличением тока нагрузки и сопротивление провода.
Параллельное подключение блоков питания
Необходимым условием для параллельной работы является одинаковое значение напряжения на выводах объединенных источников питания. Пока это значение различное, под нагрузкой будет работать только устройство с более высоким напряжением. Из-за ненулевого внутреннего сопротивления источника его выходное напряжение будет уменьшаться с увеличением тока нагрузки. При определенной нагрузке, после выравнивания напряжений, должен заработать второй блок питания, изначально с меньшим напряжением. Но если падение напряжения при максимально допустимой нагрузке одного БП ниже, чем разница напряжений между подключенными устройствами, первая цепь отключится до включения следующей, и всё это не будет работать должным образом.
Есть методы повышения эффективности параллельной работы, одним из таких является увеличение падения напряжения в зависимости от увеличения тока нагрузки. Это улучшает сходимость характеристик источников питания, тем самым увеличивая вероятность правильной совместной работы под нагрузкой. Такого эффекта можно добиться за счет увеличения внутреннего сопротивления устройства. Некоторые модели блоков питания имеют встроенные схемы регулирования, позволяющие изменять это значение в определенном диапазоне. В противном случае используйте внешнее сопротивление, подключенное последовательно к выходу источника питания в виде дискретных элементов (резисторов), более длинных соединительных кабелей или их комбинации. Очевидным недостатком этого решения является снижение энергоэффективности – увеличивается количество энергии рассеиваемой в виде тепловых потерь, что может вызвать дополнительные проблемы, связанные с охлаждением.
Защита выходов источника питания
При параллельном подключении нескольких источников питания существует риск того, что ток нагрузки от одного (с более высоким напряжением) будет течь на выходы других источников (с более низким напряжением). Большинство БП имеют защиту от такого рода ситуаций, но некоторые источники питания могут быть чувствительны к данному явлению (что может привести к повреждению), поэтому стоит позаботиться об их соответствующей защите.
Один из самых простых способов – последовательно подключить выпрямительный диод на выходе. Правда это связано со снижением выходного напряжения и энергоэффективности.
В общем параллельное соединение блоков питания может быть эффективным способом питания цепей более высокой мощности, но правильная реализация такого решения может потребовать тщательного выбора устройств и использования дополнительных элементов. Полученный таким образом выход по току не обязательно должен быть равен сумме параметров подключенных устройств, следует также учитывать необходимость ухудшения других характеристик БП, таких как диапазон регулирования напряжения.
В любом случае для параллельной работы следует выбирать источники питания с максимально близким значением фактического выходного напряжения.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ
Эту статью меня побудил написать пользователь нашего форума, под ником GREENGARI. Ему надо было запитать автомобильный усилитель мощностью 800 ватт от компьютерного блока питания ATX. Один БП по линии 12 вольт не в состоянии обеспечить требуемый ток. Так как же поступить? Сделать самому мощный блок питания мощностью 900-1000 ватт или попробовать использовать компьютерные блоки. Решение было принято в пользу последних. Для того чтобы они могли вытянуть такую нагрузку – их надо подключить в параллель. С обычными трансформаторными блоками питания проблем не было бы, но с импульсными блоками АТХ все намного сложнее. Вот типовая структурная схема выходной части ПК АТХ.
Если мы просто параллельно соединим блоки, то произойдет вот что. Допустим, первый блок – верхний по схеме, (назовем его блоком А ) имеет выходное напряжение 11,8 вольт. Второй блок ( Б ) имеет выходное напряжение 12 вольт. Разница вроде и небольшая, но в нашем случае она свою роль сыграет. Дело в том, что в АТХ довольно жесткая стабилизация напряжения. Происходит это так. Допустим в блоке А , где выходное напряжение у нас 11,8 вольт, при нагрузке напряжение начнет проседать. В дело вступает блок стабилизации, выполнен в большинстве случаев на микросхеме TL494 или ее аналогах. Микросхема сравнивает выходное напряжение через резисторный делитель и в случае его отклонения принимает срочные меры. В случае когда напряжение под нагрузкой начинает проседать – микросхема начинает, говоря простым доступным языком, раскачивать сильнее высоковольтные транзисторы и напряжение повышается до заданного уровня. Если нагрузка уменьшилась и напряжение стремится подняться выше установленного уровня, то микросхема снижает мощность раскачки силовых транзисторов. Что и произойдет, если мы просто соединим блоки в параллель вот таким образом.
Как мы уже знаем, напряжение на блоке питания А меньше, чем в блоке Б . Когда мы соединили два блока, то напряжение с блока Б поступает на блок с меньшим напряжением А и его выпрямительные диоды запираются, поскольку на выходе диодов напряжения больше, чем на входе. В то же время, блок стабилизации блока А видит, что напряжение на выходе поднялось и начинает снижать мощность высоковольтного каскада на транзисторах. В результате напряжение блока А еще более уменьшается. Последствия этого очевидны: блок Б будет работать на полную мощность, а блок А будет загружен не полностью. В результате могут выгореть оба блока питания ATX. Сначала не выдержит блок Б . Потом после отказа Блока Б всю нагрузку примет блок А и… все уже догадались, что произойдет с ним.
Какой же выход из этой ситуации? Их два.
Первый довольно сложный – это существенная переделка блоков АТХ, которая состоит из того, что надо делать управление высоковольтными транзисторами обоих блоков от общего блока управления и стабилизации, что требует довольно серьезного знания в электронике.
Второй способ более простой и требует всего лишь паяльник, амперметр (желательно два), пару мощных диодов и два резистора. Ну и конечно прямые руки �� Для начала, нужно развязать блоки по питанию, то есть сделать так, чтобы напряжение с одного блока не пролезало в другой. Для этого мы поставим на каждый выход диоды, рассчитанные на максимальный ток, который будет отдавать данный блок. Этим мы решим проблему с пролезанием напряжения из одного блока в другой, но остается еще проблема с разным выходным напряжением.
Эту проблему мы устраним установив на каждый выход блока по балластному резистору. На резисторе будет падать напряжение и блок с меньшим напряжением сможет включится в работу на общую нагрузку. С теорией разобрались, а в следующей статье мы перейдем к практическому решению проблемы параллельного соединения компьютерных БП. Автор статьи: Ксюня (Войтович Сергей).