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1、浅析并联电源系统的可靠性 浅析并联电源系统的可靠性 摘要：本文介绍了 并联电源可以有效抑制系统失控的速度，但最终不能自动解决失控问题。并联电池最大的意义在于，为维护人员对失控和失压事故的事故处理赢得充分的时间，以保证在维护人员的干预下，真正做到系统的不间断运行。 关键词：串联 并联 电源 模块 中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1009-914x05-01-01 1、既述 似乎不少人简单地认为：串联不可靠而并联可靠。实际上串联和并联只是电路的两种拓扑结构，不存在谁好谁不好或谁可靠谁不可靠的问题，就看是对什么问题而言了。串联和并联在电路中是对偶关系，其特性也是对偶关系，例如： 串联电阻
2、相加是总电阻 并联电导相加是总电导 串联电感相加是总电感 并联电容相加是总电容 串联怕开路 并联怕短路 相同的电流源串联不怕短路 相同的电压源并联不怕开路 同样道理，并联结构的电源系统也并不是象一般人想象的那样，不存在可靠性的问题，而是还要看设计者怎么设计和把握了。 我们研究系统的可靠性，就是要研究怎样使用普通的模块和器材，来构建一个可以长期不间断运行的系统。因此就要找出所有“有可能使系统中断的故障模式。对此我们首先就要认识到系统中的任何单元都不可靠，而且任何模式的不可靠都可能发生。 一般的电源都是单象限工作，只能输出电流而不能吸入电流，即具有单向输出特性，因此从电源的输出端看进去，其等效电路
3、是：一个电压源和一个二极管串联。 因此一般情况下，电源模块直接并联是可以工作的，现在我们就要分析，在这种模式下，电源模块会存在那些不可靠的情况，以及对此我们可以采取哪些措施？ 至于不可靠的情况，大家很容易想到，开路和失压，顺着这个线索，朝相反的方向寻找，就不难找出：短路和失控，下面我们就针对这四以上情况 开路，对于开路，其对策与失压的情况是一样的，就是备份，具体分析见失压局部。 短路，在电源中这种情况是存在的，在开关电源中输出整流二极管一旦被击穿，就会出现这中情况。如果不采取适当的隔离措施，就会拖跨母线，造成系统失压。隔离措施采用的部件我们称隔离部件。 隔离部件一般有：二极管、空气开关、熔断器
4、，下面分别分析。 隔离部件采用二极管，这样电源短路的时候，就不影响母线了。但这样做的缺点是：1二极管有导通压降，有功耗产生，大电流时不适宜。2二极管也存在击穿短路的问题，因而不能彻底解决短路问题。 隔离部件采用空气开关，可以解决功耗的问题，在短路时依靠系统电流使空气开关跳开；同时空气开关的保护速度要快；这样做的条件是，剩余的电流容量应足以使空气开关跳开，因此并联的模块单元至少要3个以上。这样做的缺点是在空气开关有故障时，有可能跳不开。 最平安的措施是在电源模块输出端串联熔断器，因为熔断器失效无非也是开路，只要电流足够，肯定能够烧断它。并联的模块数目当然也是至少要在3个以上。 如果要想在出现短路
5、后空气开关或熔断器断开之前，保证并联母线不失压，那么需要系统容量足够大，模块输出回路有一定的阻抗，以满足“短路电流+负载电流不大于系统剩余的电流容量，这样就可以保证在整个短路故障过程中，母线电压始终在规定的范围内。这就是所谓的“小单元大系统，它可以轻松解决模块短路问题。 并联一定容量的电池可以轻松解决短路问题，短路时的冲击电流由电池来提供，在整个短路过程中，负载的运行也可以不受影响。条件当然是：出现短路时，电池没问题。 失压，对于失压，对策很简单，就是备份。如果要在同时出现N个模块失压的情况下，系统仍然可以正常运行，那么备份N个模块即可。 失控，在电路理论上，失控和失压是对偶关系，出现的概率是
6、对等的，但是它的危害却严重得多，不但会造成设备无法工作，还有可能会损坏设备。因此应仔细分析它。 单元模块的备份可以有效地解决失压问题，但是不能解决失控问题，假设一个模块的电流容量超过负载电流，那么任何一个模块失控就等于系统失控，备份得越多，系统失控的概率不但不会减少，反而会成倍增加。如下式所示： 以上公式中，P为系统中至少有一个失控的概率，P0为单个模块失控的概率，N为系统并联的模块数量。 增设失控保护，可以有效解决失控对设备的危害，但也同时增加系统崩溃的危险，因为很难防止全部一起保护的情况。 首先失控保护速度确实定就是一个左右矛盾的事情，保护太快，设备会很平安，但是系统就很脆弱，一有风吹草动
7、，就会因失控保护引起全部关机。保护速度太慢，设备就有危险，系统会平安一些，但同样会有跨掉的危险。 有人可能会认为，保护点不可能完全一样，怎么会一起保护呢？其实很简单，只要是保护点最高的那个模块失控，就会引起其它模块全部保护关机，而自己是最后一个保护关机。 保护点上下确实定也存在同样的矛盾，低一点，对设备来说平安性高，但容易误动作，引起系统不稳定；高一点，误动作少了，但负载设备危险了。并且，不管保护点的高与低，大家一起保护关机的风险仍然存在。 比拟可靠和保险的措施是，单元模块的电流容量不要太大，至少不能高于负载的容量，一个单元模块就根本“兴不起风，“作不起浪。在生活中，也是这个道理，一个人有能力
8、是一件好事，条件是不能乱来，如果乱来，能力大，对大家来说，肯定不是一件好事。 如果要防止几个模块一起失控，那么就必须要求几个模块加在一起的容量不能超过负载的最小容量。这样的系统才算平安，还是那句话：小单元大系统。 并联电池可以有效抑制系统失控的速度，但最终不能自动解决失控问题。并联电池最大的意义在于，为维护人员对失控和失压事故的事故处理赢得充分的时间，以保证在维护人员的干预下，真正做到系统的不间断运行。 上面分析了，单元模块可能出现的各种故障。那么存不存在单元本身没有问题，而是因为别的模块故障引发了本模块的失压、失控、或关机呢？答案是肯定的。要解决这类不可靠的情况，就要牺牲某些性能，彻底消除模
9、块之间的控制耦合，或者说不能有控制总线。这个道理大家早就清楚了，鱼和熊掌是不可兼得的。如果实在割舍不下这些控制功能，那么必须考虑采取总线隔离措施。 经过以上的分析，对于并联电源系统的可靠性方面，我们可以得出下面的结论： 1. 要保证N个单元模块同时失压或开路时，系统仍然可以正常运行，那么必须备份N个以上单元模块。 2. 要保证N个单元模块同时失控时，系统仍然可以正常运行，那么必须保证N个以上单元模块容量之和小于系统最小时的电流容量 3. 要保证N个单元模块同时出现短路情况，系统仍然可以正常运行，那么必须保证： 系统剩余的电流可以使每个单元模块的隔离部件可靠动作、彻底隔离。 系统剩余单元模块的电流容量，不能小于所有的短路电流和负载的工作电流之和。 4. 模块之间不能有控制总线，如果有，就必须采取总线隔离措施。 参考文献： 【1】SDH技术与设备 人民邮电出版社，2006年 【2】数据通信 人民邮电出版社，2005年