干貨分享丨模塊電源應用注意事項之串聯升壓
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2025-04-18
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在工業控制、新能源、通信等領域，電源模塊因其高集成度和便捷性成為首選方案。然而，當系統需要更高的輸出電壓時，實際應用常面臨一個挑戰：如何安全、穩定地實現電壓疊加？
電源模塊輸出串聯升壓技術應運而生，但若忽視關鍵隱患，輕則導致系統效率低下，重則引發器件損壞甚至安全事故。本文將從選型、散熱、動態響應和反向電壓四個方面闡述相關隱患以及改善措施。
隱患1：模塊選型不當，電壓疊加失效
部分工程師誤認為任意電源模塊均可以直接串聯，實則忽略了兩點關鍵要素：
1）輸出電壓精度：若模塊A的輸出電壓波動較大（如±5%），模塊B的參考電壓可能被“拉偏”，導致整體輸出不穩定。
2）負載匹配性：兩模塊帶載差異過大時，帶載能力較小的模塊可能因電流承載不足而進入過流保護模式，引發整體系統異常。
解決方案：選擇相同規格的電源，盡可能選擇同型號、同批次；滿足輸出電壓精度高（±2%）并支持可調節，便于后續輸出電壓在極端容差下可以調整至相同的值，例如Mornsun的URB/URF/UWTH系列。
隱患2：散熱不良，模塊壽命驟減
串聯后總電壓升高，可能會改變單個模塊的工作狀態。若散熱設計不足，模塊內部溫度可能超過安全閾值（如125℃），導致元器件老化甚至熱擊穿。另外，兩個模塊的紋波電壓不會同步，串聯工作將會有附加的紋波，輸出噪聲也會變大，導致原有的輸入輸出濾波電容承受更大的紋波電流。
解決方案：采用強制風冷+導熱墊片組合散熱方案，確保模塊工作在合適的環境溫度；選擇高效率模塊（效率≥95%），減少自身發熱量，例如Mornsun的VRF_HB系列。此外，輸入輸出應采取更多的濾波措施。
隱患3：動態響應不足，負載突變引發震蕩
當負載快速切換時（如電機啟停），串聯模塊可能因動態響應速度不夠，導致輸出電壓出現短暫跌落或過沖，影響設備運行穩定性。
解決方案：選擇動態響應性能良好的模塊，如負載25%階躍滿足±5%的電壓波動及500us以內的恢復時間，例如Mornsun的VCB系列；還可以在輸出端并聯大容量電解電容+陶瓷電容，濾除高頻噪聲并平滑電壓波動。
隱患4：反向電壓導致電源損壞
當使用的兩個模塊輸出啟機延時時間不一致，則可能會出現先啟機的電源輸出電壓會反向加到另一個模塊的輸出端，導致反向擊穿內部器件；亦可能當單個模塊故障斷開時，其他正常工作的電源可能會通過故障電源反向供電，造成設備損壞。
解決方案：在每個模塊的輸出端都并聯一只反偏二極管（采用壓降小的肖特基二極管0.3V左右，壓降過大會損壞模塊）。例如下圖：
總結：安全升壓的黃金法則
電源模塊串聯升壓并非簡單的電壓疊加，而是需要從選型、散熱、動態響應、抗干擾，防反壓擊穿等多維度綜合設計。
在追求高效、緊湊的能源方案趨勢下，掌握串聯升壓技術的核心要點，金升陽也一同助力各位在復雜場景中游刃有余，為設備賦予穩定可靠的“心臟動力”。
