Parallelbetrieb von XDR-Netzteilen: Droop Mode vs. Active Current Sharing

Allerdings setzen beide Serien auf unterschiedliche Verfahren zur Lastaufteilung – mit Konsequenzen für Verdrahtung, Genauigkeit und Auslegung der Anwendung. Um diese Unterschiede anschaulich zu verdeutlichen, betrachten wir im Folgenden die Modelle XDR-480E-24 und XDR-480-24 als Beispiele.

In diesem Beitrag zeigen wir, wie der Parallelbetrieb bei beiden Modellen funktioniert, was bei der Inbetriebnahme zu beachten ist und welches Verfahren für welchen Anwendungsfall besser passt.

Zwei Verfahren, ein Ziel

Beide Netzteile verteilen die Last automatisch auf alle parallel geschalteten Geräte, ohne dass ein externes Lastverteilungsmodul nötig wäre. Der Unterschied liegt darin, wie diese Verteilung geregelt wird:

• XDR-480E-24 nutzt Droop Mode Current Sharing: Die Ausgangsspannung sinkt mit steigender Last leicht ab. Über diesen kontrollierten Spannungsabfall gleichen sich die Geräte untereinander automatisch ab, rein passiv, ohne zusätzliche Kommunikationsleitung.
• XDR-480-24 nutzt Active Current Sharing: Die Geräte sind über eine CS-Leitung (Current Sharing) direkt miteinander verbunden, tauschen kontinuierlich Informationen über ihren aktuellen Ausgangsstrom aus und regeln aktiv nach.

Grob gesagt: Droop Mode ist die einfachere, robustere Lösung mit weniger Verdrahtungsaufwand. Active Current Sharing liefert eine präzisere und dynamischere Lastverteilung, erfordert dafür aber zusätzliche Verdrahtung und eine deaktivierte Transient-Peak-Funktion.

Parallelbetrieb des XDR-480E-24

Der XDR-480E-24 verfügt über eine integrierte Funktion zur Lastaufteilung („Droop Mode Current Sharing“) und kann für höhere Leistungen mit bis zu vier identischen Netzteilen parallel betrieben werden.

Voraussetzungen für den Parallelbetrieb

Damit mehrere XDR-480E-24 zuverlässig zusammenarbeiten, sind folgende Punkte zu beachten:

1. Gleiche Ausgangsspannung einstellen

Die Ausgangsspannungen aller parallel geschalteten Geräte dürfen sich um maximal 0,1 V unterscheiden. Vor der Inbetriebnahme sollten die Ausgangsspannungen daher kontrolliert und gegebenenfalls angeglichen werden.

2. Maximaler Ausgangsstrom

Der Gesamtstrom aller parallel betriebenen Netzteile darf den folgenden Wert nicht überschreiten:

Gesamtstrom = Nennstrom eines Gerätes × Anzahl der Geräte × 0,9

Der Faktor 0,9 dient als Sicherheitsreserve für eine stabile Stromaufteilung.

3. Maximale Anzahl von Geräten

Es dürfen maximal vier XDR-480E-24 parallel betrieben werden.

4. Leitungsführung

Die Netzteile sollten mit möglichst kurzen und ausreichend dimensionierten Leitungen parallel verbunden werden. Erst danach erfolgt die Verbindung zur Last. Dadurch werden Spannungsverluste minimiert und eine gleichmäßige Lastverteilung sichergestellt.

5. Mindestlast beachten

Die angeschlossene Last muss mindestens 7 % der gesamten verfügbaren Ausgangsleistung betragen.

Berechnung:

Mindestlast > 7 % × Nennstrom pro Gerät × Anzahl der Geräte

6. Verhalten bei geringer Last

Liegt die Last unter diesem Mindestwert, kann es vorkommen, dass nur ein Netzteil als „Master“ arbeitet. Die übrigen Geräte („Slaves“) wechseln in den Standby-Betrieb. In diesem Zustand leuchten deren Ausgangs-LEDs nicht und die Ausgangsrelais bleiben deaktiviert.

7. P-LINK-Verbindung

Die P-LINK-Anschlüsse aller Netzteile müssen miteinander verbunden werden. Die Verbindungsleitungen sollten dabei möglichst kurz gehalten werden.

8. Verhalten nach Fehlern

Nach einer Überlast oder einem Kurzschluss muss die Versorgungsspannung der Geräte kurz abgeschaltet und anschließend wieder eingeschaltet werden, damit der Parallelbetrieb wieder aufgenommen wird.

Funktionsweise des Droop Mode

Der XDR-480E-24 verwendet zur Lastaufteilung den sogenannten Droop Mode. Dabei wird die Ausgangsspannung eines Netzteils mit zunehmender Belastung leicht abgesenkt. Dadurch gleichen sich kleine Unterschiede zwischen den Geräten automatisch aus und der Laststrom verteilt sich auf alle Netzteile.

Im Parallelbetrieb regelt das Netzteil seine Ausgangsspannung so, dass die Spannung bei Nennlast etwa 4 % niedriger ist als im Leerlauf. Bei der 12-V-Version beträgt die Absenkung etwa 8 %.

Beispiel für die 24-V-Version:

• Leerlaufspannung: ca. 24,0 V
• Spannung bei Nennlast: ca. 23,0 V

Durch diese definierte Spannungsabsenkung („Droop“) übernimmt automatisch jedes Netzteil einen ähnlichen Anteil des Gesamtstroms. Zusätzliche externe Lastverteilungs- oder Steuerungsmodule sind daher nicht erforderlich.

Bei korrekter Verdrahtung und Einhaltung der genannten Bedingungen ermöglicht der Droop Mode einen einfachen und zuverlässigen Parallelbetrieb von bis zu vier XDR-480E-24-Netzteilen.

Parallelbetrieb des XDR-480-24

Der XDR-480-24 verfügt über eine integrierte Funktion zur aktiven Stromaufteilung (Active Current Sharing). Dadurch können bis zu vier identische Netzteile parallel betrieben werden, um die verfügbare Ausgangsleistung und den Ausgangsstrom zu erhöhen.

Voraussetzungen für den Parallelbetrieb

Für einen zuverlässigen Parallelbetrieb sind folgende Punkte zu beachten:

9. Active Current Sharing aktivieren

Vor der Inbetriebnahme muss sichergestellt werden, dass die Funktion zur Spitzenstrombereitstellung (Transient Peak Current Capability) deaktiviert ist.

Hierzu darf der TC-Pin nicht mit GND verbunden werden.

• CS- und GND-Leitungen verbinden

Für die aktive Lastverteilung müssen die Anschlüsse CS (Current Sharing) und GND aller parallel betriebenen Netzteile miteinander verbunden werden.

Die CS- und GND-Leitungen sollten als verdrilltes Adernpaar (Twisted Pair) ausgeführt werden, um Störeinflüsse zu minimieren und eine stabile Stromaufteilung zu gewährleisten.

• Ausgangsspannungen angleichen

Die Ausgangsspannungen aller parallel geschalteten Geräte dürfen maximal um 0,2 V voneinander abweichen.

Vor der Inbetriebnahme sollten die Ausgangsspannungen daher kontrolliert und gegebenenfalls mit dem Spannungseinsteller (Vo Adj.) angeglichen werden.

• Maximaler Ausgangsstrom

Der zulässige Gesamtstrom im Parallelbetrieb berechnet sich wie folgt:

Gesamtstrom = Nennstrom pro Gerät × Anzahl der Geräte × 0,9

Der Faktor 0,9 berücksichtigt die notwendige Reserve für eine sichere und stabile Lastaufteilung.

• Maximale Anzahl von Geräten

Es dürfen maximal vier XDR-480-24 parallel betrieben werden.

• Leitungsführung

Die Ausgangsanschlüsse (+Vo und -Vo) sollten mit möglichst kurzen und ausreichend dimensionierten Leitungen parallel verbunden werden. Anschließend erfolgt die Verbindung zur Last.

Dadurch werden Spannungsverluste und Unterschiede zwischen den einzelnen Geräten minimiert.

• Mindestlast beachten

Im Parallelbetrieb sollte die angeschlossene Last mindestens 5 % der gesamten Nennleistung betragen.

Berechnung:

Mindestlast > 5 % × Nennstrom pro Gerät × Anzahl der Geräte

• Verhalten bei geringer Last

Liegt die Last unter diesem Wert, kann es vorkommen, dass lediglich ein Netzteil als sogenannter „Master“ arbeitet.

Die übrigen Geräte wechseln in den Standby-Betrieb. In diesem Zustand bleiben die grünen Ausgangs-LEDs sowie die Ausgangsrelais dieser Geräte deaktiviert.

Funktionsweise des Active Current Sharing

Im Gegensatz zu einfachen Parallelbetrieben überwacht das XDR-480-24 über die CS-Leitung kontinuierlich die Stromabgabe aller angeschlossenen Netzteile.

Die Geräte tauschen Informationen über ihren aktuellen Ausgangsstrom aus und regeln ihre Leistung aktiv nach. Dadurch wird die Last möglichst gleichmäßig auf alle Netzteile verteilt.

Die Vorteile dieser Methode sind:

• Sehr gleichmäßige Stromaufteilung zwischen den Geräten
• Höhere Genauigkeit als bei passiven Verfahren
• Geringere Belastung einzelner Netzteile
• Stabiler Betrieb auch bei wechselnden Lasten

Zusätzliche externe Lastverteilungsgeräte sind nicht erforderlich, da die Stromaufteilung bereits im Netzteil integriert ist.

Vergleich zwischen XDR-480E-24 und XDR-480-24

Obwohl beide Netzteile einen Parallelbetrieb von bis zu vier Geräten unterstützen, unterscheiden sich die Verfahren zur Lastaufteilung deutlich.

XDR-480E-24 – Droop Mode Current Sharing

Beim XDR-480E-24 erfolgt die Stromaufteilung über das sogenannte Droop-Verfahren.

Dabei sinkt die Ausgangsspannung eines Netzteils mit steigender Belastung geringfügig ab. Durch diese Spannungsabsenkung verteilt sich der Laststrom automatisch auf die parallel geschalteten Geräte.

Vorteile:

• Einfache Verdrahtung
• Keine zusätzliche Current-Sharing-Leitung erforderlich
• Robuste und bewährte Technik

Besonderheiten:

• Spannungsabfall unter Last ist gewollt
• Lastverteilung erfolgt indirekt über die Ausgangsspannung
• Ausgangsspannungen müssen auf maximal 0,1 V abgeglichen werden
• Mindestlast im Parallelbetrieb: 7 %

XDR-480-24 – Active Current Sharing

Beim XDR-480-24 erfolgt die Stromaufteilung aktiv über die CS-Schnittstelle.

Die Netzteile kommunizieren miteinander und gleichen ihre Stromabgabe kontinuierlich ab.

Vorteile:

• Präzisere Lastverteilung
• Höhere Regelgenauigkeit
• Bessere Stromgleichverteilung bei dynamischen Lasten
• Geringere Spannungsänderungen am Ausgang

Besonderheiten:

• Zusätzliche CS-Verkabelung erforderlich
• TC-Funktion muss deaktiviert sein
• Ausgangsspannungen dürfen bis zu 0,2 V voneinander abweichen
• Mindestlast im Parallelbetrieb: 5 %

Welches Verfahren passt zu welcher Anwendung?

Für Anwendungen, bei denen eine robuste, unkomplizierte Lösung mit minimalem Verkabelungsaufwand im Vordergrund steht, ist der XDR-480E-24 mit Droop Mode die naheliegende Wahl. Wo es dagegen auf eine möglichst gleichmäßige und präzise Stromverteilung ankommt, etwa bei dynamischen Lasten oder höheren Anforderungen an die Regelgenauigkeit, spielt der XDR-480-24 mit Active Current Sharing seine Stärken aus.

In beiden Fällen gilt: Bei korrekter Verdrahtung und Einhaltung der genannten Bedingungen ermöglichen beide Serien einen zuverlässigen Parallelbetrieb von bis zu vier Geräten, ganz ohne zusätzliche externe Lastverteilungsmodule.

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