整流桥并联均流难题：多器件协同工作的黄金法则

整流桥并联均流难题：多器件协同工作的黄金法则

在高功率电源、UPS（不间断电源）、工业逆变器和电动汽车充电系统等应用中，单个整流桥的额定电流往往无法满足系统需求，因此需要通过整流桥并联来提高整流能力。然而，在实际设计过程中，并联整流桥常会遇到均流不均的问题，导致某些器件承受过大电流而提前失效。本文将探讨并联均流难题，并总结多器件协同工作的黄金法则，帮助工程师优化设计，提高系统可靠性。

整流桥并联的主要挑战

在理论上，若多个整流桥并联，电流应当均匀分布，以便每个整流桥都能合理分担负载电流。然而，在实际应用中，由于以下几个原因，电流往往无法均匀分布：

1. 二极管的正向压降差异（VF不匹配）

整流桥内部的二极管，即使是同一批次的产品，其正向压降（VF）仍存在微小的制造公差。VF较低的二极管会先导通并承受较大电流，而VF较高的二极管则导通较少或几乎不导通，导致单个整流桥过载失效。

2. 结温影响（温度漂移）

二极管的正向压降（VF）会随温度上升而降低，导致导通电流进一步增加，形成热失控效应（Thermal Runaway）。如果某个整流桥先发热，它的VF会下降，使其承受更大电流，进一步升温，最终导致过热损坏。

3. PCB走线不对称

如果并联整流桥的PCB布线长度不同，某些桥式整流器的路径电阻较低，将承担较大电流，进一步加剧均流不均的问题。

解决方案：黄金法则

为了确保整流桥在并联工作时能够均流稳定，我们可以采用以下几条黄金法则进行优化设计。

1. 选用匹配度高的整流桥

在设计中应优先选择同一批次、同一型号的整流桥，并确保其VF公差尽可能小。提供严格筛选的低VF匹配整流桥，能够降低均流误差，提高系统稳定性。

2. 增加均流电阻（Rbal）

为了减少VF不匹配的影响，可以在每个整流桥的输出端串联一个小电阻（通常为0.1Ω至0.5Ω），该电阻会对高电流通路形成一定的压降，迫使各整流桥的电流趋于均衡。均流电阻的功率应根据总电流计算，避免过热损坏。

3. 优化PCB布线

在并联设计中，确保所有整流桥的布线长度一致，等长等阻设计，避免因PCB走线阻抗差异造成电流分配不均。对于大电流应用，可以采用铜排或宽铜箔布线，确保低阻抗连接。

4. 采用散热均衡设计

由于温度对整流桥均流影响显著，建议使用统一散热设计，如安装共用散热片或使用导热垫片，确保所有整流桥工作在相同的热环境中。采用金属底座封装，可有效降低温差带来的均流偏差。

5. 选择低热阻封装

使用低VF且低热阻的整流桥，能够减少因温度变化导致的均流失衡。此外，金属封装比塑料封装的散热效果更好，可优先选用。

6. 采用主动均流控制电路

在更高功率应用（>50A）中，可以使用主动均流控制电路，如运放电路检测各整流桥的输出电流，并通过MOSFET动态调整负载分配，实现精准均流。

实战案例：整流桥在工业电源中的应用

某工业电源设计需要输出100A整流电流，初始方案采用两颗整流桥并联，但测试时发现：

• 一个整流桥流过65A，另一个仅35A，导致前者发热严重，长期工作后易损坏；
• 热成像测试发现温度差达到15°C，说明均流不良。

优化方案：

• 选用更严格匹配VF的整流桥；
• 在每个整流桥的输出端串联0.2Ω/5W均流电阻；
• 采用加厚PCB铜箔+共用散热片，确保温度均匀；
• 重新优化布线，保证对称布局。

最终测试结果：两颗整流桥的电流误差降低至±5%，温度差减少至3°C，系统稳定性大幅提升。

结论

整流桥并联虽然能提高整流能力，但工程师必须正视均流不均的挑战，否则容易导致某些整流桥过载损坏，影响系统寿命。通过选用低VF匹配整流桥、增加均流电阻、优化PCB布线、强化散热设计，可以有效改善均流问题，提升系统的可靠性和寿命。