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不同使用环境下的电源选取简析

导读: 在给定环境中选择合适电源这一任务,听起来简单轻松,但是如果选择不当,后果很严重,可能造成系统故障并损坏电源。如果加在电源输出端的电压较高,那么在并联工作的电源之间进行切换可能导致电流回流到电源中...

  由于电子产品的风靡,能够用多种电源供电的设备已经屡见不鲜了。例如,工业手持式仪表或便携式医疗诊断设备大部分时间用电池供电,但一旦插入交流适配器或USB端口,就从交流适配器或USB端口吸取功率了,这时既为电池充电,又为系统供电。在移动系统的另一端,大型高可用性服务器机架内至少有两个电源,以在任何一个电源出故障时,保持服务器正常运行。存储服务器则用超级电容器做备份电源,以在主电源断开时,干净利落地实现无差错停机,当然,也有些服务器采用大电流主电源和小电流辅助电源。所有这些系统都面临着一项重要任务,即在各种不同的可用电源中,选择一个为系统负载供电。

  电源多路复用中隐藏的问题

  在给定环境中选择合适电源这一任务,听起来简单轻松,但是如果选择不当,后果很严重,可能造成系统故障并损坏电源。如果加在电源输出端的电压较高,那么在并联工作的电源之间进行切换可能导致电流回流到电源中。有些电源如果遭遇能量返回,就会出现故障,使控制环路中断,引起电源输入端子过压,这有可能导致电容器及其他器件烧掉。并联电源切换时还存在一个风险,即所有电源与输出之间的断接时间都可能过长,导致输出电压下降,系统复位或系统运行不正常。当电源之间的电压比较接近时,会出现第三个问题。有些基于比较器的控制方法引入了一种振荡模式,即在电源之间连续切换,这样一来,电源之间的切换就需要周密设计了。

  相同的电源

  让我们从最简单的情况开始—由两个相同的电源给一个系统供电。这里相同的含义是,相同的标称电压,其变化在电源容限范围内通常为百分之几。这种情况出现在高可用性服务器中,这类服务器配备两个或更多冗余电源,以在任何电源出现故障时,能够不间断运行。在这类系统中,一种简单的方法是,选择电压最高的电源给系统供电。两个二极管的阳极分别连接两个电源,阴极则连在一起,形成所谓的二极管“或”电路,这样就实现了由电压较高的电源供电的功能(参见图1)。仅连入一个电源时,这个电路也正常工作。存在两个电源时,电压较高的那个电源,其二极管正向偏置,另一个二极管则反向偏置。

资深工程师分享:如何选择合适的电源?

  图1:两个电源的二极管“或”电路向负载供电。

  新式服务器中有多个板卡,功率轻易就能超过千瓦,因此12V直流电源须提供50A~100A的电流。运用普通的老式二极管,即使是压差较低的肖特基二极管,对这样两个12V电源进行二极管“或”,如果不是不可能,也要面临可怕的热量管理任务,因为在这么大电流时,两个二极管的电压下降1V,就会消耗很大的功率,例如,在50A电流时,功耗为50W。因此需要压差低得多的理想二极管。正像解决其他许多电路问题时一样,MOSFET再次伸出了援手。MOSFET加上一个检测电路,可起到理想二极管的作用,正向偏置时(输入高于输出),接通压差非常低,反向偏置时(输入低于输出)则断开。理想二极管压差可降至普通二极管的1/10,因此功耗降至可应对的5W。通过RDS(ON)为2m的单个或并联N沟道MOSFET,很容易实现这样的理想二极管“或”电路。图2显示了一个这样的电路及其I-V曲线。凌力尔特的LTC4352控制一个N沟道MOSFET,以实现理想二极管功能。这样的两个电路并联,就形成了一个理想二极管“或”电路,可用于冗余电源系统。按照一定比例线性跟随MOSFET的压降,可确保电源不产生振荡,平滑切换,而0.5μs的快速接通和断开时间,则最大限度地减小了输出压降和反向电流。

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