什么是冗余电源？交换机为什么要采用冗余电源设计？

什么是冗余电源？

冗余电源是指在计算机系统、网络设备等关键部件中，为了提高系统的可靠性和稳定性，采用两个或多个相同规格的电源模块并联工作的一种设计方法。当其中一个电源模块出现故障时，其他正常工作的电源模块可以立即接管负载，确保系统的正常运行。冗余电源在很多领域都有广泛的应用，如数据中心、服务器集群、通信基站等。本文将详细介绍冗余电源的概念、工作原理以及如何帮助用户优化网络。

一、冗余电源的概念

冗余电源是一种提高系统可靠性的设计方法，它通过使用两个或多个相同规格的电源模块并联工作，当其中一个电源模块出现故障时，其他正常工作的电源模块可以立即接管负载，确保系统的正常运行。冗余电源的主要目的是防止因电源故障导致的系统宕机，从而保障关键业务的连续性和稳定性。

二、冗余电源的工作原理

1.并行工作：冗余电源系统中的两个或多个电源模块是并行工作的，它们共同承担系统的负载。当其中一个电源模块出现故障时，其他正常工作的电源模块可以立即接管负载，确保系统的正常运行。

2.自动切换：冗余电源系统具有自动切换功能，当检测到某个电源模块出现故障时，系统会自动将负载转移到正常工作的电源模块上，实现无缝切换。这种切换过程对用户是透明的，用户无需进行任何操作。

3.负载均衡：冗余电源系统可以实现负载均衡，即在正常工作的电源模块之间平均分配负载。这样可以确保每个电源模块的负载保持在合理的范围内，延长电源模块的使用寿命。

4.故障检测：冗余电源系统具有故障检测功能，可以实时监测各个电源模块的工作状态。当检测到某个电源模块出现故障时，系统会立即采取措施，如发出报警信号、自动切换等。

三、冗余电源如何帮助用户优化网络

1.提高系统可靠性：冗余电源可以有效防止因电源故障导致的系统宕机，从而提高系统的可靠性。对于关键业务来说，系统的可靠性至关重要，因为一旦系统宕机，可能会导致严重的经济损失和声誉损失。

2.保障关键业务的连续性：在数据中心、服务器集群等场景中，关键业务的稳定性和连续性至关重要。冗余电源可以确保在单个电源模块出现故障时，关键业务仍然可以正常运行，从而保障业务的连续性。

3.延长设备使用寿命：冗余电源可以实现负载均衡，确保每个电源模块的负载保持在合理的范围内。这样可以延长电源模块的使用寿命，降低设备的维护成本。

4.提高网络设备的性能：在高负载的网络环境中，单个电源模块可能无法满足设备的需求。冗余电源可以提高设备的供电能力，从而提高设备的性能。

5.简化网络管理：冗余电源系统具有自动切换功能，当检测到某个电源模块出现故障时，系统会自动将负载转移到正常工作的电源模块上。这种自动切换过程对用户是透明的，用户无需进行任何操作，从而简化了网络管理。

四、网络交换机双电源

电源冗余可分为全冗余和部分冗余两种。

在完全冗余的情况下，每个交换机都连接到两个电源，因此如果一个发生故障，另一个会接管,这种方案也称为 1:1 冗余 （有时也称为 1+1 冗余）。

在部分冗余中，多台交换机有一个额外的电源，当您的网络交换机出现电源故障时，电源需要时间从一个电源切换到另一个电源，这也称为 1:N 冗余 。

以下是两种不同类型电源冗余的方案：

通常，网络交换机中的双电源通常是指全冗余，两个电源将同时通电并工作，但是，在全冗余的交换机中，一个电源也可能由于不同的制造商而处于空闲状态。

五、冗余电源接法

传统的冗余电源设计方案是由2个或多个电源通过分别连接二极管阳极，以“或门”的方式并联输出至电源总线上。如图1所示。可以让1个电源单独工作，也可以让多个电源同时工作。当其中1个电源出现故障时，由于二极管的单向导通特性，不会影响电源总线的输出。

图1 传统冗余电源方案

在实际的冗余电源系统中，一般电流都比较大，可达几十A。考虑到二极管本身的功耗，一般选用压降较低、电流较大的肖特基二极管，比如SR1620～SR1660(额定电流16A)。通常这些二极管上还需要安装散热片，以利于散热。

使用二极管的传统方案电路简单，但有其固有的缺点：功耗大、发热严重、需加装散热片、占用体积大。由于电路中通常为大电流，二极管大部分时间处于前向导通模式，它的压降所引起的功耗不容忽视。最小压降的肖特基二极管也有0.45 V，在大电流时，例如12A，就有5W的功耗，因此要特别处理散热问题。

现在新的冗余电源方案是采用大功率的MOSFET管来代替传统电路中的二极管。MOSFET的导通内阻可以到几mΩ，大大降低了压降损耗。在大功率应用中，不仅实现了效率更高的解决方案，而且由于无需节能散热器，所以省了大量的电路板面积，也减少了设备的散热源。应用电路中晶体管需要有专业芯片的控制。

六、交换机为什么要采用冗余电源设计

1.提高交换机的可靠性：交换机是网络中的核心设备，其可靠性直接关系到整个网络的稳定性。采用冗余电源设计可以有效防止因电源故障导致的交换机宕机，从而提高交换机的可靠性。

2.保障关键业务的连续性：在数据中心、服务器集群等场景中，交换机承载着大量的数据流量。采用冗余电源设计可以确保在单个电源模块出现故障时，交换机仍然可以正常运行，从而保障关键业务的连续性。

3.延长交换机的使用寿命：冗余电源可以实现负载均衡，确保每个电源模块的负载保持在合理的范围内。这样可以延长交换机的使用寿命，降低设备的维护成本。

4.提高交换机的性能：在高负载的网络环境中，单个电源模块可能无法满足交换机的需求。采用冗余电源设计可以提高交换机的供电能力，从而提高交换机的性能。

总之，冗余电源是一种提高系统可靠性的重要设计方法，它可以有效防止因电源故障导致的系统宕机，从而保障关键业务的连续性和稳定性。在交换机等网络设备中采用冗余电源设计，可以提高设备的可靠性、性能和使用寿命，简化网络管理，为用户提供更加稳定、高效的网络环境。