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冗余電源作用與配置

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冗余電源作用與配置

冗余電源
冗余電源(Redundant Power )是一個(gè)很陌生的名詞,大家聽(tīng)上去都會(huì)感到困惑,不明白什么是冗余電源,冗余電源有什么作用。冗余電源是應(yīng)用于服務(wù)器上的一種電源,在我們的生活中發(fā)揮著作用。冗余電源就是指的多個(gè)電源(現(xiàn)在一般為1+1冗余電源),一般是給服務(wù)器使用的,就是說(shuō)如果一個(gè)電源出問(wèn)題了,會(huì)立刻切換到另一個(gè)好的電源來(lái)保持服務(wù)器的供電正常。

一、作用
RPS電源(Redundant Power System,冗余電源系統(tǒng))用作部分交換機(jī)的外置直流供電電源
RPS可以用作交換機(jī)或路由器的冗余備份電源
l 如果RPS和受電設(shè)備采用相同的交流供電系統(tǒng),當(dāng)受電設(shè)備內(nèi)部電源出現(xiàn)異常時(shí),RPS可以繼續(xù)為故障設(shè)備進(jìn)行直流供電,保障設(shè)備的持續(xù)正常運(yùn)行;
l 如果RPS和受電設(shè)備采用不同的交流供電系統(tǒng),還可以在受電設(shè)備的外部交流供電電源出現(xiàn)故障時(shí)繼續(xù)提供直流供電,保障設(shè)備的持續(xù)正常運(yùn)行。
240W12V LED驅(qū)動(dòng)電源
二、冗余電源與UPS電源的區(qū)別?
    電源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷備份、并聯(lián)均流的N+1備份、冗余熱備份等方式。容量冗余是指電源的最大負(fù)載能力大于實(shí)際負(fù)載,這對(duì)提高可靠性意義不大。
    冗余冷備份是指電源由多個(gè)功能相同的模塊組成,正常時(shí)由其中一個(gè)供電,當(dāng)其故障時(shí),備份模塊立刻啟動(dòng)投入工作。這種方式的缺點(diǎn)是電源切換存在時(shí)間間隔,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(gè)相同單元組成,各單元通過(guò)或門二極管并聯(lián)在一起,由各單元同時(shí)向設(shè)備供電。這種方案在1個(gè)電源故障時(shí)不會(huì)影響負(fù)載供電,但負(fù)載端短路時(shí)容易波及所有單元。冗余熱備份是指電源由多個(gè)單元組成,并且同時(shí)工作,但只由其中一個(gè)向設(shè)備供電,其他空載。主電源故障時(shí)備份電源可以立即投入,輸出電壓波動(dòng)很小。 對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷操作、高可靠的系統(tǒng),如基站通信設(shè)備、*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(jì)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(gè)以上電源。當(dāng)1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí),其他電源可以立刻投入,不中斷設(shè)備的正常運(yùn)行。這類似于UPS電源的工作原理:當(dāng)市電斷電時(shí)由電池頂替供電。冗余電源與UPS的區(qū)別主要是由不同的電源同時(shí)供電,而UPS則是一個(gè)電源供電另一個(gè)則隨時(shí)備用,有需要時(shí)自動(dòng)切換。 
300W12V LED驅(qū)動(dòng)電源
三、冗余電源的配置

服務(wù)器上的冗余電源的配置形式非常多樣,常見(jiàn)的形式有:
1、1+1電源配置形式
這種配置形式表明服務(wù)器只要有一個(gè)電源模塊就能實(shí)現(xiàn)正常工作,但是在配置上,冗余電源通常是由兩個(gè)電源模塊的,其中一個(gè)模塊是用來(lái)充當(dāng)冗余電源備份的。
2、2+1電源配置形式
這種配置形式表示服務(wù)器需要兩個(gè)電源模塊才能實(shí)現(xiàn)正常工作,但是在配置上,冗余電源通常是由三個(gè)電源模塊的,其中一個(gè)模塊是用來(lái)充當(dāng)冗余電源備份的。
3、2+2電源配置模式
這種配置形式表示服務(wù)器的正常工作需要兩個(gè)電源模塊,但是在配置上,冗余電源是具備四個(gè)電源模塊的,其中有兩個(gè)電源模塊是充當(dāng)冗余電源備份的。
服務(wù)器上冗余電源的配置形式主要取決于服務(wù)器最多可以接駁幾個(gè)電源模塊以及服務(wù)器的重要程度和用途,如果服務(wù)器比較重要且不適宜停機(jī)檢修,一般情況下,我們要為該服務(wù)器配置冗余電源。

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四、幾種實(shí)用冗余電源設(shè)計(jì)方案
    本文主要討論的是DC 5 V、DC 12 V之類的低壓冗余電源設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的功能、成本需求,下面給出幾個(gè)設(shè)計(jì)方案實(shí)例。
   1 簡(jiǎn)單的冗余電源方案
    使用Linear公司的LTC4416可以設(shè)計(jì)1個(gè)簡(jiǎn)單的2路電源冗余方案,。圖中用1個(gè)LTC4416芯片連接2個(gè)外置P溝道MOSFET控制2路電源輸入,是非常簡(jiǎn)單的方案。它使用2個(gè)MOSFET代替2個(gè)二極管實(shí)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(huì)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(shí),通過(guò)G1、G2控制2個(gè)MOSFET同時(shí)導(dǎo)通,使2路輸入同時(shí)給負(fù)載提供電流。當(dāng)輸入電源電壓不同時(shí),輸出電源電壓可能高于某路輸入電源電壓,這時(shí)LTC4416可以防止輸出向輸入倒灌電流。這是因?yàn)樾酒恢北O(jiān)測(cè)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(shí),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(gè)控制端E1、E2,可以用外部信號(hào)主動(dòng)控制2路電源的通斷,也可以通過(guò)電阻分壓來(lái)監(jiān)測(cè)輸入電壓的高低,來(lái)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(cè)。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(dòng)去關(guān)斷1路電源,外部MOSFET必須使用“背靠背”的方案,。
   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。,每個(gè)芯片通過(guò)外部控制1個(gè)MOSFET來(lái)模擬1個(gè)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(cè)引腳,VDD為芯片供電電源,RSET通過(guò)配置不同的外接電阻來(lái)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。
     2 帶過(guò)、欠壓檢測(cè)的冗余電源方案    圖7是由2個(gè)P12121芯片構(gòu)成的帶過(guò)壓、欠壓檢測(cè)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(jiǎn)單。芯片OV為過(guò)壓檢測(cè)引腳,高于0.5 V時(shí)MOSFET自動(dòng)切斷;UV為欠壓檢測(cè)引腳,低于0.5 V時(shí)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。
     3 熱插拔及過(guò)、欠壓保護(hù)的冗余電源方案
    LTC4352是一種除了過(guò)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L(zhǎng)TC4352構(gòu)成的單路冗余電源電路,多個(gè)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(guò)壓、欠壓檢測(cè),該電路通過(guò)CPO懸空使芯片不能快速通斷MOSFET,依靠欠壓檢測(cè)使GATE引腳在電源上電后延遲開(kāi)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(kāi)關(guān)振蕩,從而實(shí)現(xiàn)了一定的熱插拔浪涌電流保護(hù)功能。
     4 均流控制的冗余電源方案

    若要使不同的輸入電源同時(shí)承擔(dān)負(fù)載電流(即均流控制),需要外加一個(gè)前提,即各輸入電源的電壓能夠通過(guò)控制信號(hào)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(guò)LTC4350控制這種電源,可以實(shí)現(xiàn)均流的功能。圖9是1個(gè)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(guò)檢測(cè)電源通路上的電流來(lái)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(cè)電阻,LTC4350檢測(cè)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(guò)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(guò)壓檢測(cè)引腳,LTC4350通過(guò)檢測(cè)這兩個(gè)引腳的電壓可以控制MOSFET的關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)的功能。


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| 發(fā)布時(shí)間:2017.08.19    來(lái)源:電源適配器
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