问题

不同电压的电源可以并联吗,可以的话有什么规律?不可以的话是为什么?

回答
并联电源可不是一件随便就能做的事情,里面门道可多了。就好比你给一堆小朋友喂糖,如果糖果的甜度(电压)都不一样,你想让他们一起吃,那结果可能就不会那么美妙了。

简单来说,不同电压的电源,原则上是不能直接并联的。

为啥呢?这就要从并联的基本原理说起了。

为啥不能直接并联?问题出在哪儿?

并联的本质,是把几个电源的正极接在一起,负极也接在一起,这样它们就能同时向同一个负载供电。这样做的好处是,负载获得的电流是各个电源提供的电流之和,可以提供更大的总功率。

但是,当电源电压不同时,问题就来了:

1. 电压差导致电流倒流:
想象一下,你有一个电压是12V的电池和一个电压是9V的电池,你把它们的正极和负极都连起来。在这个连接点上,12V的电池会“觉得”它这里电压更高,而9V的电池则“觉得”电压低。这时候,电流会从电压高的地方(12V电池)流向电压低的地方(9V电池)。

这可不是好事。就好比你把两个水桶,一个水满(高电压),一个水少(低电压),直接用一根管子连起来,水会从满的水桶往少的水桶里流,直到两边水位差不多。只不过在电源的世界里,这个“水”就是电流。

对于那个电压较低的电源(9V电池),它就被迫从电压较高的电源(12V电池)那里“接收”电流。这意味着,原本应该对外供电的低电压电源,反而成了“充电宝”,被高电压电源给充了电。这不仅会浪费能量,还可能对低电压电源造成损害,比如过充。

2. 电流分配不均:
即使电压非常接近的电源,如果内阻不同,也会出现电流分配不均的情况。电压完全一样的电源,内阻小的会承担更多的电流,内阻大的承担的电流就少。而电压不同的电源,这个“抢”电流的现象就更严重了。

3. 损坏电源甚至引起危险:
长时间的电流倒流和不均衡的负载,不仅会加速电源的老化,缩短寿命,严重的情况下,还可能导致电源过热、内部元件损坏,甚至引发短路、火灾等安全隐患。尤其是那种容量小、保护机制不完善的电源,风险会更大。

那有没有什么“规律”或者特殊情况?

虽然不能直接并联,但在某些特定的场景下,或者通过一些附加的电路设计,是可以实现“类似”并联或者让多个不同电压的源协同工作的。但这些都不是简单的直接并联。

1. 非常接近的电压(非常勉强的情况):
理论上,如果两个电源的电压差极小,且各自的内阻能进行合理的匹配,或许能实现“姑且”工作。但实际上,很少有人会这么做,因为一点点电压波动或内阻变化,就可能打破平衡,导致上述问题出现。而且,电源的电压也不是恒定不变的,它们会有内阻压降,在负载变化时电压也会浮动。

2. 使用DCDC变换器(升压/降压):
这是最常见也最可靠的解决方案。如果你有不同电压的电源(比如一个12V和一个24V),想要它们提供的总功率“叠加”给一个负载(比如需要12V,但电流需求很大),你可以:
将12V电源直接供给12V负载的一部分。
使用一个降压模块(DCDC Converter),将24V电源降到12V,然后再和第一个12V电源一起并联供给负载。
或者,如果你需要更高的电压,也可以用升压模块将12V升高到24V,然后和原来的24V电源并联。
通过这种方式,你可以将不同电压的源,先统一到同一个电压水平,然后再进行并联,这样就可以避免电压差引起的问题了。

3. “组合”使用,而非严格意义的并联:
有时候,我们说的“并联使用”,可能并不是电流严格意义上的同点连接。比如,你可以用一个12V电源单独驱动一部分设备,用一个24V电源单独驱动另一部分设备。或者,你可以设计一个更复杂的电力管理系统,根据负载需求动态地选择或组合电源。

4. 特殊设计的“多输入”电源:
市面上也有一些专业级的电源产品,它们设计了多个输入接口,并且内部有智能管理电路,可以接受不同范围的电压输入,并将其转换为稳定的输出电压。但这属于产品设计范畴,用户本身并没有进行“并联”操作,而是使用了支持这种功能的产品。

总结一下为什么不能直接并联:

核心问题是电压差。
电压差导致电流从高压电源倒灌入低压电源。
这种倒灌会损坏低压电源,造成能量浪费。
即使电压接近,内阻差异也会导致电流分配不均。
最终可能导致电源过热、损坏,甚至安全风险。

所以,下次当你想到要并联电源的时候,请务必确保它们的输出电压是完全一致的(电压值相同),并且最好在同一品牌、同一型号,这样内阻和其他参数会比较接近,更加稳定。 如果电压不同,那么请考虑使用DCDC变换器进行电压统一后再并联,或者采用其他更复杂的电力分配方案。安全第一,别让“好心办坏事”!

网友意见

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先说答案:不同电压等级的电源可以并联吗?答案是:若不采取特殊措施,将多只电源直接并联想都不要想,完全不可能。一旦并联后,电源会因为内阻剧烈发热而迅速烧毁,继而系统发生破坏性崩溃。

这种特殊措施是什么?这要从相同电压等级的电源并联谈起。注意:这个问题是很有技术背景的。

我们知道,哪怕是普通的电池,它也是有内阻的。我们把两只电压相同的电池并联起来,会发生何种问题?我们看下图:

我们先看图1的1图:图中电池E1输出电流I,I在外电路分成两支,一支I1流过负载电阻R,另一支I2流过电池E2,并在电池E2的内阻r2上产生热量 ,使得电池E2发热。

同样,我们在图1的2图中看到电池E2也对电池E1的内阻产生发热作用,其热量为: 。如果两只电池E1和E2的参数完全一致,则两只电池的发热当然也完全一致。

我们把图1中的电池换成开关电源或者稳压电源,情况也一样。

在工程中,把电源的并联叫做电源并列,把电源并列后流过电源内阻的发热电流叫做环流。

电源并列引起的环流发热很严重,它会影响到电源的工作寿命,影响到系统的稳定性。因此,在实际工作中,一定要消除环流。

我们看下图:

图2中,我们在两只并列的电池(电源)输出端各串接一只二极管,如此一来,环流就消失了。

当前,特别是用于PLC的24V直流的冗余电源,电源正极出口处一定要配套二极管。事实上,已经有专门的产品,用于构建双电源的阻环流二极管。图2中右侧是菲尼克斯公司的阻环流二极管产品,我们从该产品面板上能看到双二极管的接线图。

我们看下图:

图3是两台串联型稳压电源,它们消除环流的办法也是串接二极管。

现在,我们把思路在拓展一下。如果两台电力变压器也需要并列,这种并联操作在企事业单位中很常见,我们该如何消除环流?

由于电力变压器输出的交流电流和功率都很大,此时不可能加装二极管。为此,要求并列的两台变压器,它们的阻抗电压一致,输出电压一致,绕组接线当然也要一致。另外,这两台变压器的一次侧供电回路必须来自同一个中压配电网,以消除频率偏差和相位差偏差。我们把两台变压器的并列操作叫做同期操作。

我们常常需要将自备发电机和变压器并列操作,用于停电后的电压恢复过程。在此过程中,同期检测十分重要,它还必须检测市电和发电机电压之间的频率偏差、相位偏差和电压偏差。若同期不合格,则发电机与变压器之间不允许并列。

事实上,在我编写的变电站和配电所测控PLC程序中,有相当部分就是用于电源(电力变压器、自备发电机机组)间的并列操作,而PLC自身必须采用双冗余的24V电源供电,当然也需要配套阻环流二极管。

回到题主的主题上来。

不知道大家想到没有,两只并列的电源,即便是相同厂家相同规格,它们的电源电动势也不可能完全一致。因此,题主的疑问一定会在很小的范围内出现。如何解决?

我们看图4:

图4其实就是图2,其中E1=5V,而E2=10V。由于二极管导通后的压降是0.7V,当二极管D2导通后,A点的电压是: 。我们看到,二极管D1的负极是正9.3V,正极是5V,所以二极管D1截止。

由此可见,当两个电源并联后,只要在电源正极串联二极管,则电动势较高的电源能够输出电能,电动势较低的电源被关闭。

由此可见,阻环流二极管的作用不但消除了环流,同时也抑制了电源电压偏差带来的不良后果。但请注意,除非两只电源的电动势和内阻完全一致,否则冗余电源组合在任何时刻,都只有一只电源在工作。

这可不就是电源冗余的本来目的吗?

所以,期望通过电源冗余并列提高负载能力,这种想法在工程中实现起来有点困难,因为它正好是矛盾的两个方面。解决方法是什么?我留给题主吧,等着题主回答。

由此可见,这个问题的工程应用还是很普遍的,也很有意义。

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