Você pode dividir a energia entre dois reguladores de tensão?

8

Para fornecer mais energia a um circuito. você pode dividir a energia entre 2 reguladores de tensão, em paralelo?

Isso pode dominar um dos reguladores de tensão?

Ashitakalax
fonte
2
Não sou realmente competente o suficiente na área para postar uma resposta completa, mas sei que, apesar da vibração geral de "não" que essas respostas dão, alguns reguladores podem fazer isso. Os reguladores LT3080 e LT3083 possuem páginas na folha de dados que descrevem como fazer um paralelo adequado para aumentar a capacidade atual.
Exscape
1
@exscape - O LT3080 não é nada de especial nisso. Muitos reguladores com um pino para definir a tensão de saída podem fazer isso. Como o popular LM317, veja minha resposta abaixo.
Stevenvh 30/05
@stevenvh: o LT3080 tem tolerâncias apertadas em sua vout, então você pode usar resistores de menor valor do que com os outros, sem adicionar um opamp. Obviamente, existem compensações entre espaço na placa e custo (como é uma parte não genérica mais recente) etc.
Fizz

Respostas:

5

Apenas um complemento ao que os outros disseram.

O que você diz é muito comum, com comutadores de conversores. Eu diria que todas as placas-mãe modernas incluem conversores de comutação multifásicos (geralmente, conversores buck multifásicos, com 3 ou 4 fases), o que implica exatamente o que você está perguntando: conectar reguladores de tensão em paralelo.

Deixe-me explicar a ideia com uma vs. três fases.

Primeiro, uma fase . Imagine um conversor buck síncrono (monofásico), como o da figura a seguir.

Conversor buck síncrono monofásico

Você deseja tornar o Vo constante, independentemente de Io e Vi (portanto, estabilize o Vo). Você precisa de um sistema de feedback. Este sistema lê Vo, compara-o com uma tensão alvo e usa a tensão de erro para aumentar ou diminuir um sinal de controle, que geralmente é o ciclo de trabalho de um sinal PWM. O sinal PWM (t), juntamente com o seu complementar (1-PWM (t)), são usados ​​para acionar os comutadores controlados.

Digamos que o período dos sinais PWM seja T. Cada período possui UMA amostra do sinal de correção (o sinal de controle), que é o ciclo de serviço. Em outras palavras: durante cada período T, podemos corrigir o Vo apenas uma vez . Muitas coisas podem acontecer ao Vo dentro desse intervalo de tempo. No entanto, podemos aplicar apenas uma correção a ela, por período.

Agora, três fases . Imagine que você tem o conversor síncrono trifásico mostrado na figura a seguir.

Conversor buck síncrono trifásico

O objetivo é o mesmo. Você quer tornar o Vo constante, independentemente de Io e Vi. Novamente, você precisa de um sistema de feedback. Imagine que, à semelhança do caso monofásico, cada conversor buck individual é controlado por um sinal PWM. No entanto, os três sinais PWM não são idênticos. Eles têm ciclos de serviço independentes e algumas diferenças de fase fixas entre eles. Para N fases, a diferença de fase entre conversores adjacentes é . Então, para três fases, a diferença de fase é 120º. Os sinais PWM individuais "iniciam" em instantes diferentes, dentro do período T, e cada sinal PWM possui seu próprio ciclo de trabalho independente. Se amostrarmos o Vo em 3x a taxa original e fizermos que cada um desses três ciclos de trabalho dependa de uma amostra correspondente de Vo, não teremos um, mas três oportunidades360ºN, para corrigir o Vo, dentro de cada intervalo de tempo T. Em outras palavras. O conversor síncrono trifásico de buck pode reagir três vezes mais rápido às mudanças no Vo, Io e Vi. E isso pode ser feito usando conversores individuais que são tão "lentos" quanto no caso de uma fase! Transistores igualmente lentos e constantes de tempo igualmente longos. Mesmas frequências de comutação e, portanto, as mesmas perdas (totais) de comutação. Então, essa é uma vantagem importante. O tempo de reação é três vezes menor.

Outra vantagem importante envolve a ondulação da saída (tensão e corrente). Sempre que os ciclos de serviço N forem iguais (ou próximos) a 1 / N, a ondulação de saída será zero (ou próximo a ele) !! Se essa condição for atendida, a soma das três correntes do indutor é uma constante plana e, portanto, a saída tem ondulação zero. Se os conversores forem projetados para funcionarem na vizinhança desses pontos operacionais, na maioria das vezes, a saída terá uma ondulação muito menor do que no caso monofásico. Ter uma baixa ondulação de saída significa ter menos ruído acoplado a magnitudes analógicas e, de um modo geral, ser mais fácil satisfazer requisitos rígidos de ondulação.

Pela mesma razão, a ondulação da corrente através do capacitor de entrada também é bastante reduzida. Perto desses pontos de operação, a corrente de entrada, em vez de ser um pulso de largura T / N, será algo próximo a uma constante.

Obviamente, outra vantagem é que cada conversor individual precisa transportar apenas 1/3 da corrente média de saída, mas isso não ocorre por ser multifásica, mas simplesmente por ser "3 em paralelo".

Em resumo, os benefícios dos conversores de comutação multifásicos em fase N:

  • O tempo de reação é N vezes menor (mais rápido), sem a necessidade de uma frequência de comutação N vezes maior (com o aumento nas perdas de comutação que isso causaria).

  • A ondulação da saída pode estar próxima de zero.

  • A ondulação de corrente no capacitor de entrada também é bastante reduzida.

  • (Mais os benefícios de ter N conversores de comutação em paralelo).

Benefícios de ter N conversores de comutação em paralelo:

  • As peças em cada conversor individual precisam transportar 1 / N da corrente na caixa de um conversor.

  • As perdas de calor estão espalhadas por uma área maior.

Portanto, para responder à sua pergunta: sim, alguns tipos de reguladores de tensão são realmente conectados em paralelo (e muito comumente), para que tenhamos todos esses benefícios.

Consulte também a seção "Buck multifásico", nesta página .

Telaclavo
fonte
Projecto conversores de tensão para vários milhares de watts e você esqueceu de mencionar o que acredito ser a maior vantagem dos dólares multifásicos nessa faixa de potência: a corrente de ondulação diminuída na tampa de entrada , que geralmente é 5 ou 10 vezes superior à ondulação atual no limite de saída em um dólar. (Boost é oposta) Encontrar um boné com 150A ondulação classificação atual não é fácil :)
Nathan Wiebe
btw Você realmente usa o controle de modo de tensão em dólares multifásicos (ou seja, controle de feedback direto no ciclo de trabalho, como você sugere)? Sempre achei que o modo atual funciona muito melhor porque cuida das correntes de fase que desejam se separar devido a pequenas diferenças nos componentes em cada fase. Além disso, a corrente de ciclo único limitante é bom ...
Nathan Wiebe
@ NathanWiebe Concordo que a diminuição da corrente de ondulação no limite de entrada é uma grande vantagem nesses níveis atuais. Era tarde aqui, eu esqueci e acabei de editar. No entanto, esse não é o principal benefício em todos os casos. Por exemplo, projetamos conversores multifásicos para gerar a fonte variável que maximiza a eficiência do amplificador de potência de RF ao usar sinais LTE. Usamos os MOSFETs do GaAs para poder alternar a 50 MHz e gerar fontes variadas com uma largura de banda muito alta.
Telaclavo
@NathanWiebe (continuação) Nesses casos, o fator limitante é a frequência. Você quer que seu conversor reaja o mais rápido possível e não pode, sem usar a fase múltipla. Portanto, nessas aplicações, esse benefício é o principal.
Telaclavo
8

Reguladores de tensão paralelos não são uma boa ideia. Não. Reguladores têm tolerâncias. A tensão de saída do LM7812 pode estar em qualquer lugar entre 11,5V e 12,5V. E os reguladores de tensão têm uma baixa resistência de saída, quanto menor, melhor. Para o LM7812, são 18m (o que não é tão bom). Se um regulador emitir 11,5V e o outro 12,5V, haverá uma corrente de 27A (!). Obviamente, o dispositivo não pode lidar com isso e ativará sua proteção contra sobrecorrente. Ω

Alguns reguladores são mais adequados para isso, no entanto. O LM317 possui uma entrada de ajuste que permite controlar a tensão de saída com mais precisão.

insira a descrição da imagem aqui

As tensões de saída neste circuito estarão mais próximas que a tolerância no LM7812. Ainda assim, observe que os resistores em série são usados ​​para limitar a corrente devido a diferenças de tensão.

O que você provavelmente poderia fazer é alimentar diferentes partes do circuito por diferentes reguladores de tensão. Contanto que não haja caminho de baixa resistência entre as fontes de alimentação, isso não deve causar problemas.

stevenvh
fonte
5

Em geral, principalmente se forem reguladores lineares, essa não é uma boa ideia. Invitably, cada regulador terá uma idéia ligeiramente diferente de qual é a tensão de saída. Aquele com o valor mais alto acabará adquirindo a maior parte da corrente. Também poderia causar a oscilação dos dois reguladores.

Para obter um melhor compartilhamento de corrente, você pode colocar um resistor em série com a saída de cada regulador, mas isso aumenta a impedância da saída geral da fonte.

Alguns reguladores de comutação podem ser paralelos se forem projetados para isso, mas se o que você tiver não for especificado, deverá presumir que não funcionará. Se esses reguladores contiverem limitação de corrente, também poderá funcionar. Na pior das hipóteses, um leva toda a corrente até atingir seu limite e o outro pega o restante da corrente. No entanto, pode haver uma falha e os dois reguladores possivelmente oscilarão quando um deles estiver alternando entre os modos de corrente e tensão. A maioria dos "reguladores" nus não tem limite de corrente de qualquer maneira.

Olin Lathrop
fonte
1

Geralmente não (isso não vai funcionar), sem projetar especificamente um mecanismo que garanta que eles compartilhem o atual. Reguladores lineares não compartilham bem. Se você tiver um verdadeiro regulador de comutação no modo de corrente, um dispositivo provavelmente conduzirá a maior parte / toda a corrente até a sua classificação e o outro começará a fornecer além deste ponto, mas eu não recomendaria deixar intencionalmente um regulador no seu limite de corrente a menos que tenha sido feito para isso. Em suma, você realmente precisa projetar / comprar um regulador maior.

Nathan Wiebe
fonte