Równoległe łączenie zasilaczy.

Czy można łączyć zasilacze równolegle?

Jak to zwykle bywa ze skomplikowanymi technologiami odpowiedź na to pytanie może brzmieć dwojako. Temat ten jest bardzo szeroki i spokojnie można by na o nim napisać pracę doktorską ale bez obaw – powstrzymam się tutaj od tego. Postaram się opisać zagadnienie w prosty sposób i prawie wyłącznie od strony praktycznej.

Istnieją na rynku specjalne zasilacze przeznaczone do pracy równoległej, posiadające dodatkowe złącza służące do wymiany danych kontrolnych między zasilaczami i tym samym synchronizacji ich wspólnej pracy. Są to jednak bardzo drogie, specjalistyczne urządzenia o bardzo dużych mocach (>500 W). Posiadają one wiele dodatkowych układów elektronicznych kontrolujących pracę równoległą, rozpływ prądów, synchronizację sprzężeń zwrotnych, itp. Dodatkowo takie zasilacze wymagają co najmniej kilku dodatkowych połączeń. W tym artykule skupimy się na zwykłych zasilaczach o mniejszych mocach bez dodatkowych układów do sterowania pracą równoległą. Oczywiście chodzi o zasilacze impulsowe, gdyż tradycyjne, liniowe nie nadają się do zasilania diod LED zbyt dobrze (dlaczego tak jest w artykule „Zasilacze – jak działają i jak są zbudowane?„).

Niestety nie każdy taki zasilacz elektroniczny będzie poprawnie pracował w połączeniu równoległym. Zależy to w dużej mierze od jego budowy, układów zabezpieczających oraz sposobu działania układu sprzężenia zwrotnego. Co gorsze, na podstawie samych danych z kart katalogowych zasilaczy nie dowiemy się czy będzie on działał w połączeniu równoległym. Często sami producenci i sprzedawcy również tego nie wiedzą, więc pozostaje tylko test praktyczny. Gdyby jednak nie chcieli Państwo ryzykować i tracić czasu na testowanie to mamy już przetestowane zasilacze firmy Mean Well z serii G2 oraz G3 (symbol S-xx-xx i RS-xx-xx), a także serie LPH, LPV i CLG, które na pewno poprawnie radzą sobie z pracą równoległą. Bez względu jednak na typ zasilacza należy przestrzegać pewnych ważnych zasad.

Zasady równoległego łączenia zasilaczy

Przede wszystkim jeśli chcemy łączyć ze sobą zasilacze równolegle to bezwzględnie muszą to być zasilacze o takiej samej mocy oraz napięciu wyjściowym. Te dwa parametry wynikają z modelu zasilacza więc po prostu potrzebujemy dwóch lub więcej identycznych modeli. Nie zalecamy dwóch różnych modeli zasilaczy nawet jeśli mają tą sama moc i napięcie wyjściowe. Niestety często nawet te same modele różnią się nieco napięciem wyjściowym. Są to zazwyczaj różnice bardzo niewielkie, rzędu dziesiątych części Volta, jednak dla połączenia równoległego bardzo istotne. Dlatego do pracy równoległej wybierajmy zasilacze posiadające regulację napięcia wyjściowego (najczęściej w postaci potencjometru montażowego zwanego też „podkówką”).

Jeśli już mamy takie zasilacze to PRZED połączeniem ich ze sobą należy ustawić na wszystkich identyczne napięcie wyjściowe i to z dokładnością co najmniej 1 miejsca po przecinku. To wbrew pozorom bardzo ważne, bo przy dużych prądach nawet dziesiąte części Volta będą mieć spore znaczenie. Jeżeli musimy już kupić zasilacz bez regulacji napięcia wyjściowego to przed zakupem zmierzmy napięcia kilku zasilaczy i wybierzmy te najbardziej do siebie podobne.

Kolejna ważna rzecz to sposób połączenia takich zasilaczy. Przede wszystkim zasilacze od strony wyjść musimy połączyć w gwiazdę i to przewodami o takiej samej długości oraz przekroju. Oznacza to, że nie łączymy zasilaczy bezpośrednio ze sobą tylko od każdego z nich prowadzimy dwa przewody o identycznej długości i odpowiednim przekroju do wspólnej kostki połączeniowej. I dopiero z tej kostki prowadzimy zasilanie dalej. Inaczej spadki napięć na przewodach łączących zasilacze doprowadzą do nierównomiernego rozpływu prądów i zasilacze będą nierówno obciążone, co prowadzi do wielu kłopotów. Jeśli spełniliśmy wszystkie powyższe warunki to możemy już połączyć zasilacze równolegle.

Wentylacja i odprowadzanie ciepła

Trzeba jednak pamiętać, że równie ważne jest odpowiednie wentylowanie tak połączonych zasilaczy. Powinny one mieć w równym stopniu zapewniony swobodny przepływ powietrza, tak aby ich temperatury pracy były zbliżone. Jeśli któryś z zasilaczy będzie się nagrzewał mocniej niż inne to w zależności od jego budowy może zadziałać zabezpieczenie termiczne. Wtedy albo zasilacz się wyłączy albo ograniczy prąd wyjścia, a tym samym spowoduje przeciążenie pozostałych zasilaczy. Generalną zasadą jest zapewnienie urządzeniom elektronicznym stosunkowo niskiej temperatury pracy. Ponieważ każde urządzenie podczas pracy w podwyższonej temperaturze ulega przyspieszonemu zużyciu, zatem jego żywotność mocno się skraca.

Jeśli mimo zachowania wszystkich podanych wyżej procedur i zasad zasilacze równolegle połączone wyłączają się, próbkują (czyli na przemian załączają się i wyłączają) lub robią jakiekolwiek inne, dziwne rzeczy to niestety oznacza to, że ich budowa nie pozwala na pracę równoległą. Jedynym wyjściem jest wtedy zmiana zasilaczy lub rozproszenie obwodów na kilka o mniejszej mocy, zasilanych pojedynczym zasilaczem.

Na koniec warto wspomnieć o generalnej zasadzie projektowania instalacji oświetlenia LED dotyczącej nie tylko równolegle połączonych zasilaczy. Zasada ta dotyczy takiego projektowania instalacji aby wszelkie połączenia wielko-prądowe były możliwie jak najkrótsze, a obwody o dużych mocach rozproszone na kilka mniejszych. Zwłaszcza jeśli mamy do czynienia z modulacją PWM, która potrafi generować gigantyczne zakłócenia. Poza jak najkrótszymi połączeniami musimy również zapewnić przewody o odpowiednim przekroju, tak aby spadek napięcia przy maksymalnym prądzie nie był większy niż 1-2% wartości napięcia zasilania, choć generalnie im mniejszy tym lepszy. Duże prądy to nigdy nic dobrego, chyba że chodzi o spawarkę.

W obliczeniu wymaganego przekroju przewodów pomoże Państwu nasz kalkulator przekroju przewodów dla oświetlenia LED.

W rozpraszaniu obwodów LED na kilka mniejszych ale sterowanych z jednego miejsca pomogą Państwu nasze wzmacniacze LED EPM-153.

Krzysztof Ratyński