幾種冗余電源電路

　　對于一些需要長時間不間斷操作、高可靠的系統(tǒng)，如基站通信設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、服務(wù)器等，往往需要高可靠的電源供應(yīng)。冗余電源設(shè)計是其中的關(guān)鍵部分，在高可用系統(tǒng)中起著重要作用。冗余電源一般配置2個以上電源。當(dāng)1個電源出現(xiàn)故障時，其他電源可以立刻投入，不中斷設(shè)備的正常運行。這類似于UPS電源的工作原理：當(dāng)市電斷電時由電池頂替供電。冗余電源的區(qū)別主要是由不同的電源供電。 電源冗余有交流220 V及各種直流電壓的應(yīng)用，本文主要介紹低壓直流（如DC 5 V、DC 12 V等）的冗余電源方案設(shè)計。

　　傳統(tǒng)冗余電源方案

　　傳統(tǒng)的冗余電源設(shè)計方案是由2個或多個電源通過分別連接二極管陽極，以“或門”的方式并聯(lián)輸出至電源總線上。?？梢宰?個電源單獨工作，也可以讓多個電源同時工作。當(dāng)其中1個電源出現(xiàn)故障時，由于二極管的單向?qū)ㄌ匦裕粫绊戨娫纯偩€的輸出。

　　在實際的冗余電源系統(tǒng)中，一般電流都比較大，可達(dá)幾十A。考慮到二極管本身的功耗，一般選用壓降較低、電流較大的肖特基二極管，比如SR1620～SR1660（額定電流16 A）。通常這些二極管上還需要安裝散熱片，以利于散熱。

　　簡單的冗余電源方案

　　使用Linear公司的LTC4416可以設(shè)計1個簡單的2路電源冗余方案，如圖5所示。圖中用1個LTC4416芯片連接2個外置P溝道MOSFET控制2路電源輸入，是非常簡單的方案。它使用2個MOSFET代替2個二極管實現(xiàn)了“或”的作用，MOSFET的壓降一般為20～30 mV，因此功率損耗非常小，不會產(chǎn)生太多熱量。

　　該電路的工作原理是，LTC4416在2路輸入電源的電壓相同（差值小于100 mV）時，通過G1、G2控制2個MOSFET同時導(dǎo)通，使2路輸入同時給負(fù)載提供電流。當(dāng)輸入電源電壓不同時，輸出電源電壓可能高于某路輸入電源電壓，這時LTC4416可以防止輸出向輸入倒灌電流。這是因為芯片一直監(jiān)測輸入與輸出之間的電壓差，當(dāng)輸出側(cè)電壓比輸入側(cè)電壓高25 mV時，芯片控制G1或G2立即關(guān)斷MOSFET，防止電流倒流。在防止倒流方面，其他控制芯片也是類似的原理。

　　LTC4416還有2個控制端E1、E2，可以用外部信號主動控制2路電源的通斷，也可以通過電阻分壓來監(jiān)測輸入電壓的高低，來控制某路電源的導(dǎo)通。具體方法可參閱芯片數(shù)據(jù)手冊。該芯片也適合于1路輸入電源電壓高、1路輸入電源電壓低的應(yīng)用，如“電源+電池”的應(yīng)用。需要注意的是，要讓芯片主動去關(guān)斷1路電源

　　另外，使用TI公司的TPS2412可以構(gòu)成多路輸入電源方案，這種方案需要為每路輸入電源配置1片TPS2412。如圖6所示，每個芯片通過外部控制1個MOSFET來模擬1個二極管的“或輸入”。芯片的A、C引腳分別為輸入、輸出電源電壓檢測引腳，VDD為芯片供電電源，RSET通過配置不同的外接電阻來調(diào)節(jié)MOS-FET導(dǎo)通的速度，也可以懸空。由該芯片可以構(gòu)成多于2路的電源冗余方案。

　　該電路給采用更低RDS（on） 的MOS管來做冗余電源隔離線路提供了可 靠的保證，同時給追求高效率的冗余電源系統(tǒng)帶來了希望。

　　缺點：

　　該電路給采用了更低 R DS（on） 的MOS管，造成成本的增加，同 時因為集成較高，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某些不良狀況時受限IC功能較大，不 容易修改缺陷。

　　帶過、欠壓檢測的冗余電源方案

　　圖7是由2個P12121芯片構(gòu)成的帶過壓、欠壓檢測的雙路冗余電源方案。P12121為Vicor（懷格）公司的一款電源冗余專用芯片，由于其內(nèi)部集成有24 A、1．5 mΩ的MOSFET，因此外部電路非常簡單。芯片OV為過壓檢測引腳，高于0．5 V時MOSFET自動切斷；UV為欠壓檢測引腳，低于0．5 V時MOSFET切斷，F(xiàn)T為狀態(tài)輸出引腳，VC為芯片工作電源引腳。使用P12121也可以靈活地構(gòu)成多路輸入電源方案。

　　熱插拔及過、欠壓保護(hù)的冗余電源方案

　　LTC4352是一種除了過壓、欠壓保護(hù)外，還具備防護(hù)電源熱插拔浪涌電流的單路冗余電源芯片。圖8所示為LTC4352構(gòu)成的單路冗余電源電路，多個這樣的電路并聯(lián)可以構(gòu)成多路冗余電源方案。圖中OV、UV分別為過壓、欠壓檢測，該電路通過CPO懸空使芯片不能快速通斷MOSFET，依靠欠壓檢測使GATE引腳在電源上電后延遲開通MOSFET，由R1、C組成的阻容網(wǎng)絡(luò)使電源輸出的電壓上升速度減慢，R2則有效防止了Q的開關(guān)振蕩，從而實現(xiàn)了一定的熱插拔浪涌電流保護(hù)功能。

　　均流控制的冗余電源方案

　　若要使不同的輸入電源同時承擔(dān)負(fù)載電流（即均流控制），需要外加一個前提，即各輸入電源的電壓能夠通過控制信號被外部調(diào)節(jié)，以達(dá)到各電源電壓基本相同的目的。通過LTC4350控制這種電源，可以實現(xiàn)均流的功能。圖9是1個應(yīng)用例圖，圖中“SHARE BUS”是各芯片共用的分配總線，該電路主要通過檢測電源通路上的電流來調(diào)節(jié)輸入電源的電壓，達(dá)到各模塊均衡提供電流的目的。

　　RSENSE為電流檢測電阻，LTC4350檢測該電阻兩端的電壓，內(nèi)部放大后與GAIN引腳的電壓比較，根據(jù)比較結(jié)果再通過IOUT引腳的模擬輸出控制輸入電源的電壓變化，以達(dá)到調(diào)整該路電源輸出電流的目的。另外，UV、OV引腳分別為欠壓、過壓檢測引腳，LTC4350通過檢測這兩個引腳的電壓可以控制MOSFET的關(guān)斷，實現(xiàn)欠壓保護(hù)和過壓保護(hù)的功能。

　　冗余電源防靜電設(shè)計：

　　1、冗余電源防靜電設(shè)計的重要性：

　　由于冗余電源工作時在多機(jī)情況下工作，在機(jī)臺連接中就不免會出現(xiàn)連接器，連接器上的信號線（如報警信號線、保護(hù)反饋線、PG線，數(shù)據(jù)通順線等）會常常暴露在外面，這些信號線一般都是通過連接器跟其他機(jī)臺聯(lián)系在一起才形成一個回路，當(dāng)單機(jī)拔出后就可能形成一種開路狀態(tài)，在這種情況下很容易受到靜電的傷害。

　　2、設(shè)計建議：

　?。?）、冗余電源線路設(shè)計時所有連接信號線請不要出現(xiàn)環(huán)路開路狀態(tài)，如不能加電阻請加穩(wěn)壓管替代（如PG信號線路加一穩(wěn)壓管到地）。

　　（2）、在設(shè)計驗證時要對連接器上所有連接臨近端點進(jìn)行短路實驗。

　　五、冗余電源風(fēng)扇控制及報警線路設(shè)計：

　?。?）三線風(fēng)機(jī)其風(fēng)扇速度靠三極管去控制電壓來完成，功率損耗大，控制元件發(fā)熱量高

　?。?）四線風(fēng)機(jī)其風(fēng)扇速度靠外部電平高低進(jìn)行控制，容易控制轉(zhuǎn)速，控制元件少，功耗小。