1 冗余電源介紹
    　電源冗余一般可以采取的方案有容量冗余跃唧、冗余冷備份、并聯(lián)均流的N+1備份词宴、冗余熱備份等方式令怎。容量冗余是指電源的最大負(fù)載能力大于實際負(fù)載，這對提高可靠性意義不大蹈垢。
   　 冗余冷備份是指電源由多個功能相同的模塊組成慷吊，正常時由其中一個供電袖裕，當(dāng)其故障時，備份模塊立刻啟動投入工作溉瓶。這種方式的缺點是電源切換存在時間間隔急鳄，容易造成電壓豁口。
    　并聯(lián)均流的N+1備份方式是指電源由多個相同單元組成堰酿，各單元通過或門二極管并聯(lián)在一起疾宏，由各單元同時向設(shè)備供電。這種方案在1個電源故障時不會影響負(fù)載供電触创，但負(fù)載端短路時容易波及所有單元坎藐。冗余熱備份是指電源由多個單元組成，并且同時工作哼绑，但只由其中一個向設(shè)備供電岩馍，其他空載。主電源故障時備份電源可以立即投入抖韩，輸出電壓波動很小沿阁。本文主要介紹后兩種方案的設(shè)計。

　　2 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董记，以“或門”的方式并聯(lián)輸出至電源總線上铆贞。如圖1所示√此可以讓1個電源單獨工作伶摩，也可以讓多個電源同時工作。當(dāng)其中1個電源出現(xiàn)故障時前河，由于二極管的單向?qū)ㄌ匦园耗唬粫绊戨娫纯偩€的輸出。

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

　　3 傳統(tǒng)方案與替代方案的比較
    　使用二極管的傳統(tǒng)方案電路簡單惜论，但有其固有的缺點：功耗大、發(fā)熱嚴(yán)重止喷、需加裝散熱片馆类、占用體積大混聊。由于電路中通常為大電流，二極管大部分時間處于前向?qū)Ｊ角桑膲航邓鸬墓牟蝗莺鲆暭几帷Ｗ钚航档男ぬ鼗O管也有0．45 V，在大電流時卧抗，例如12 A藤滥，就有5 W的功耗，因此要特別處理散熱問題社裆。
   　 現(xiàn)在新的冗余電源方案是采用大功率的MOSFET管來代替?zhèn)鹘y(tǒng)電路中的二極管拙绊。MOSFET的導(dǎo)通內(nèi)阻可以到幾mΩ，大大降低了壓降損耗谈毫。在大功率應(yīng)用中哟俩，不僅實現(xiàn)了效率更高的解決方案，而且由于無需散熱器鹤鲤，所以節(jié)省了大量的電路板面積褐琼，也減少了設(shè)備的散熱源。應(yīng)用電路中MOSFET需要有專業(yè)芯片的控制枷辫。目前涤瘸，TI、Linear等各大公司都推出了一些成熟的該類芯片笔房。

　　4 新方案中MOSFET的特殊應(yīng)用
    　MOSFET在新的冗余電源方案中是關(guān)鍵器件延砾。由于與常規(guī)電路中的應(yīng)用不同，很多人對MOSFET的認(rèn)識都存在一定誤區(qū)学虑。為了方便后續(xù)電路的介紹段辈，下面對其特殊之處作以說明。
   　 首先欲炉，MOSFET符號中的箭頭并不代表實際電流流動方向憾宅。在三極管應(yīng)用中，電流方向與元件符號的箭頭方向相同愧捕，因此很多人以為MOSFET也是如此奢驯。其實MOSFET與三極管不同，它的箭頭方向只是表示從P極板指向N極板晃财，與電流方向無關(guān)叨橱，如圖2所示典蜕。

　　其次断盛，應(yīng)注意MOSFET中二極管的存在。如圖2所示愉舔，N溝道MOSFET中源極S接二極管的陽極钢猛，P溝道MOS-FET中漏極D接二極管的陽極伙菜。因此，在大多數(shù)把MOSFET當(dāng)作開關(guān)使用的電路中命迈，對于N溝道MOSFET贩绕，電流是從漏極流向源極，柵極G接高電壓導(dǎo)通壶愤；對于P溝道MOSFET淑倾，電流是從源極流向漏極，柵極G接低電壓導(dǎo)通涮饱，否則由于二極管的存在绸廉，柵極的控制就不能關(guān)斷電流通路。

    　如果需要通過控制信號直接控制關(guān)斷MOSFET通路两胃，上述的單管就無法實現(xiàn)吟沮，因為關(guān)斷MOSFET溝道之后，內(nèi)部的二極管還存在單向通路专肪。這時需要如圖4所示的2個背靠背反向連接的MOSFET電路刹勃，只有這樣才能主動地關(guān)斷電流通路。

　　5 幾種實用冗余電源方案設(shè)計
  　  本文主要討論的是DC 5 V嚎尤、DC 12 V之類的低壓冗余電源設(shè)計荔仁。針對不同的功能、成本需求芽死，下面給出幾個設(shè)計方案實例乏梁。
5．1 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所示关贵。圖中用1個LTC4416芯片連接2個外置P溝道MOSFET控制2路電源輸入遇骑，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”的作用揖曾，MOSFET的壓降一般為20～30 mV落萎，因此功率損耗非常小，不會產(chǎn)生太多熱量炭剪。

   　 該電路的工作原理是练链，LTC4416在2路輸入電源的電壓相同(差值小于100 mV)時翔脱，通過G1、G2控制2個MOSFET同時導(dǎo)通沽票，使2路輸入同時給負(fù)載提供電流撤筐。當(dāng)輸入電源電壓不同時裙系，輸出電源電壓可能高于某路輸入電源電壓憋考，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眼膊，當(dāng)輸出側(cè)電壓比輸入側(cè)電壓高25 mV時绪樊，芯片控制G1或G2立即關(guān)斷MOSFET，防止電流倒流舆鸿。在防止倒流方面藐篡，其他控制芯片也是類似的原理。
   　 LTC4416還有2個控制端E1翰发、E2辑剿，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)測輸入電壓的高低吮骑，來控制某路電源的導(dǎo)通坚浩。具體方法可參閱芯片數(shù)據(jù)手冊。該芯片也適合于1路輸入電源電壓高循头、1路輸入電源電壓低的應(yīng)用绵估，如“電源+電池”的應(yīng)用。需要注意的是卡骂，要讓芯片主動去關(guān)斷1路電源国裳，外部MOSFET必須使用“背靠背”的方案，如圖4所示全跨。

5．2 帶過呈篱、欠壓檢測的冗余電源方案
  　  圖7是由2個P12121芯片構(gòu)成的帶過壓质脐、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臣塑，由于其內(nèi)部集成有24 A嗜谎、1．5 mΩ的MOSFET，因此外部電路非常簡單特干。芯片OV為過壓檢測引腳早知，高于0．5 V時MOSFET自動切斷；UV為欠壓檢測引腳涨剧，低于0．5 V時MOSFET切斷南砰，F(xiàn)T為狀態(tài)輸出引腳，VC為芯片工作電源引腳樊淑。使用P12121也可以靈活地構(gòu)成多路輸入電源方案涨拣。

　　5．3 熱插拔及過、欠壓保護(hù)的冗余電源方案
    　LTC4352是一種除了過壓铜缠、欠壓保護(hù)外它褪，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翘悉，多個這樣的電路并聯(lián)可以構(gòu)成多路冗余電源方案茫打。圖中OV、UV分別為過壓镐确、欠壓檢測包吝，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源葫，由R1诗越、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)振蕩息堂，從而實現(xiàn)了一定的熱插拔浪涌電流保護(hù)功能嚷狞。

　　5．4 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)，需要外加一個前提荣堰，即各輸入電源的電壓能夠通過控制信號被外部調(diào)節(jié)床未，以達(dá)到各電源電壓基本相同的目的。通過LTC4350控制這種電源振坚，可以實現(xiàn)均流的功能薇搁。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秤淀，該電路主要通過檢測電源通路上的電流來調(diào)節(jié)輸入電源的電壓挺皆，達(dá)到各模塊均衡提供電流的目的。

   　 RSENSE為電流檢測電阻世荐，LTC4350檢測該電阻兩端的電壓否因，內(nèi)部放大后與GAIN引腳的電壓比較舆佩，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榔晃。另外泌榕，UV、OV引腳分別為欠壓招殊、過壓檢測引腳气岁，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)的功能卢历。

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