几种冗余电源电路

　　对于一些需要长时间不间断操作、高可靠的系统，如基站通信设备、监控设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应。冗余电源设计是其中的关键部分，在高可用系统中起着重要作用。冗余电源一般配置2个以上电源。当1个电源出现故障时，其他电源可以立刻投入，不中断设备的正常运行。这类似于UPS电源的工作原理：当市电断电时由电池顶替供电。冗余电源的区别主要是由不同的电源供电。 电源冗余有交流220 V及各种直流电压的应用，本文主要介绍低压直流（如DC 5 V、DC 12 V等）的冗余电源方案设计。

　　传统冗余电源方案

　　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。。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。

　　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16 A）。通常这些二极管上还需要安装散热片，以利于散热。

　　

　　简单的冗余电源方案

　　使用Linear公司的LTC4416可以设计1个简单的2路电源冗余方案，如图5所示。图中用1个LTC4416芯片连接2个外置P沟道MOSFET控制2路电源输入，是非常简单的方案。它使用2个MOSFET代替2个二极管实现了“或”的作用，MOSFET的压降一般为20～30 mV，因此功率损耗非常小，不会产生太多热量。

　　

　　该电路的工作原理是，LTC4416在2路输入电源的电压相同（差值小于100 mV）时，通过G1、G2控制2个MOSFET同时导通，使2路输入同时给负载提供电流。当输入电源电压不同时，输出电源电压可能高于某路输入电源电压，这时LTC4416可以防止输出向输入倒灌电流。这是因为芯片一直监测输入与输出之间的电压差，当输出侧电压比输入侧电压高25 mV时，芯片控制G1或G2立即关断MOSFET，防止电流倒流。在防止倒流方面，其他控制芯片也是类似的原理。

　　LTC4416还有2个控制端E1、E2，可以用外部信号主动控制2路电源的通断，也可以通过电阻分压来监测输入电压的高低，来控制某路电源的导通。具体方法可参阅芯片数据手册。该芯片也适合于1路输入电源电压高、1路输入电源电压低的应用，如“电源+电池”的应用。需要注意的是，要让芯片主动去关断1路电源

　　另外，使用TI公司的TPS2412可以构成多路输入电源方案，这种方案需要为每路输入电源配置1片TPS2412。如图6所示，每个芯片通过外部控制1个MOSFET来模拟1个二极管的“或输入”。芯片的A、C引脚分别为输入、输出电源电压检测引脚，VDD为芯片供电电源，RSET通过配置不同的外接电阻来调节MOS-FET导通的速度，也可以悬空。由该芯片可以构成多于2路的电源冗余方案。

　　该电路给采用更低RDS（on） 的MOS管来做冗余电源隔离线路提供了可 靠的保证，同时给追求高效率的冗余电源系统带来了希望。

　　缺点：

　　该电路给采用了更低 R DS（on） 的MOS管，造成成本的增加，同 时因为集成较高，当发现某些不良状况时受限IC功能较大，不 容易修改缺陷。

　

　　带过、欠压检测的冗余电源方案

　　图7是由2个P12121芯片构成的带过压、欠压检测的双路冗余电源方案。P12121为Vicor（怀格）公司的一款电源冗余专用芯片，由于其内部集成有24 A、1．5 mΩ的MOSFET，因此外部电路非常简单。芯片OV为过压检测引脚，高于0．5 V时MOSFET自动切断；UV为欠压检测引脚，低于0．5 V时MOSFET切断，FT为状态输出引脚，VC为芯片工作电源引脚。使用P12121也可以灵活地构成多路输入电源方案。

　　

　　热插拔及过、欠压保护的冗余电源方案

　　LTC4352是一种除了过压、欠压保护外，还具备防护电源热插拔浪涌电流的单路冗余电源芯片。图8所示为LTC4352构成的单路冗余电源电路，多个这样的电路并联可以构成多路冗余电源方案。图中OV、UV分别为过压、欠压检测，该电路通过CPO悬空使芯片不能快速通断MOSFET，依靠欠压检测使GATE引脚在电源上电后延迟开通MOSFET，由R1、C组成的阻容网络使电源输出的电压上升速度减慢，R2则有效防止了Q的开关振荡，从而实现了一定的热插拔浪涌电流保护功能。

　　均流控制的冗余电源方案

　　若要使不同的输入电源同时承担负载电流（即均流控制），需要外加一个前提，即各输入电源的电压能够通过控制信号被外部调节，以达到各电源电压基本相同的目的。通过LTC4350控制这种电源，可以实现均流的功能。图9是1个应用例图，图中“SHARE BUS”是各芯片共用的分配总线，该电路主要通过检测电源通路上的电流来调节输入电源的电压，达到各模块均衡提供电流的目的。

　

　　RSENSE为电流检测电阻，LTC4350检测该电阻两端的电压，内部放大后与GAIN引脚的电压比较，根据比较结果再通过IOUT引脚的模拟输出控制输入电源的电压变化，以达到调整该路电源输出电流的目的。另外，UV、OV引脚分别为欠压、过压检测引脚，LTC4350通过检测这两个引脚的电压可以控制MOSFET的关断，实现欠压保护和过压保护的功能。

　　冗余电源防静电设计：

　　1、冗余电源防静电设计的重要性：

　　由于冗余电源工作时在多机情况下工作，在机台连接中就不免会出现连接器，连接器上的信号线（如报警信号线、保护反馈线、PG线，数据通顺线等）会常常暴露在外面，这些信号线一般都是通过连接器跟其他机台联系在一起才形成一个回路，当单机拔出后就可能形成一种开路状态，在这种情况下很容易受到静电的伤害。

　　2、设计建议：

　　（1）、冗余电源线路设计时所有连接信号线请不要出现环路开路状态，如不能加电阻请加稳压管替代（如PG信号线路加一稳压管到地）。

　　（2）、在设计验证时要对连接器上所有连接临近端点进行短路实验。

　　五、冗余电源风扇控制及报警线路设计：

　

　　（1）三线风机其风扇速度靠三极管去控制电压来完成，功率损耗大，控制元件发热量高

　　（2）四线风机其风扇速度靠外部电平高低进行控制，容易控制转速，控制元件少，功耗小。