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 ）是一個很陌生的名詞，大家聽上去都會感到困惑，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，就是說如果一個電源出問題了，會立刻切換到另一個好的電源來保持服務(wù)器的供電正常。

一、作用
RPS電源（Redundant Power System，冗余電源系統(tǒng)）用作部分交換機的外置直流供電電源
RPS可以用作交換機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，RPS可以繼續(xù)為故障設(shè)備進行直流供電，保障設(shè)備的持續(xù)正常運行；
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)故障時繼續(xù)提供直流供電，保障設(shè)備的持續(xù)正常運行。

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載能力大于實際負載，這對提高可靠性意義不大。
冗余冷備份是指電源由多個功能相同的模塊組成，正常時由其中一個供電，當(dāng)其故障時，備份模塊立刻啟動投入工作。這種方式的缺點是電源切換存在時間間隔，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相同單元組成，各單元通過或門二極管并聯(lián)在一起，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載供電，但負載端短路時容易波及所有單元。冗余熱備份是指電源由多個單元組成，并且同時工作，但只由其中一個向設(shè)備供電，其他空載。主電源故障時備份電源可以立即投入，輸出電壓波動很小。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、*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。冗余電源與UPS的區(qū)別主要是由不同的電源同時供電,而UPS則是一個電源供電另一個則隨時備用，有需要時自動切換。
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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)器只要有一個電源模塊就能實現(xiàn)正常工作，但是在配置上，冗余電源通常是由兩個電源模塊的，其中一個模塊是用來充當(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)器需要兩個電源模塊才能實現(xiàn)正常工作，但是在配置上，冗余電源通常是由三個電源模塊的，其中一個模塊是用來充當(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電源模塊，但是在配置上，冗余電源是具備四個電源模塊的，其中有兩個電源模塊是充當(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、幾種實用冗余電源設(shè)計方案
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。針對不同的功能、成本需求，下面給出幾個設(shè)計方案實例。
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，。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，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。
2 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。
3 熱插拔及過、欠壓保護的冗余電源方案
LTC4352是一種除了過壓、欠壓保護外，還具備防護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承擔(dān)負載電流(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)欠壓保護和過壓保護的功能。

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