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。冗余電源是應用于服務器上的一種電源，在我們的生活中發揮著作用。冗余電源就是指的多個電源（現在一般為1+1冗余電源），一般是給服務器使用的，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器的供電正常。

一、作用
RPS電源（Redundant Power System，冗余電源系統）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和受電設備采用相同的交流供電系統，當受電設備內部電源出現異常時，RPS可以繼續為故障設備進行直流供電，保障設備的持續正常運行；
l 如果RPS和受電設備采用不同的交流供電系統，還可以在受電設備的外部交流供電電源出現故障時繼續提供直流供電，保障設備的持續正常運行。

二、冗余電源與UPS電源的區別？
電源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷備份、并聯均流的N+1備份、冗余熱備份等方式。容量冗余是指電源的較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在一起，由各單元同時向設備供電。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，如基站通信設備、*設備、服務器等，往往需要高可靠的電源供應。冗余電源設計是其中的關鍵部分，在高可用系統中起著重要作用。冗余電源一般配置2個以上電源。當1個電源出現故障時，其他電源可以立刻投入，不中斷設備的正常運行。這類似于UPS電源的工作原理：當市電斷電時由電池頂替供電。冗余電源與UPS的區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器只要有一個電源模塊就能實現正常工作，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器需要兩個電源模塊才能實現正常工作，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冗余電源備份的。
服務器上冗余電源的配置形式主要取決于服務器較多可以接駁幾個電源模塊以及服務器的重要程度和用途，如果服務器比較重要且不適宜停機檢修，一般情況下，我們要為該服務器配置冗余電源。

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四、幾種實用冗余電源設計方案
本文主要討論的是DC 5 V、DC 12 V之類的低壓冗余電源設計。針對不同的功能、成本需求，下面給出幾個設計方案實例。
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同時導通，使2路輸入同時給負載提供電流。當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測輸入與輸出之間的電壓差，當輸出側電壓比輸入側電壓高25 mV時，芯片控制G1或G2立即關斷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測輸入電壓的高低，來控制某路電源的導通。具體方法可參閱芯片數據手冊。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用，如“電源+電池”的應用。需要注意的是，要讓芯片主動去關斷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節MOS-FET導通的速度，也可以懸空。由該芯片可以構成多于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，FT為狀態輸出引腳，VC為芯片工作電源引腳。使用P12121也可以靈活地構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構成的單路冗余電源電路，多個這樣的電路并聯可以構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組成的阻容網絡使電源輸出的電壓上升速度減慢，R2則有效防止了Q的開關振蕩，從而實現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節，以達到各電源電壓基本相同的目的。通過LTC4350控制這種電源，可以實現均流的功能。圖9是1個應用例圖，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節輸入電源的電壓，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，內部放大后與GAIN引腳的電壓比較，根據比較結果再通過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的關斷，實現欠壓保護和過壓保護的功能。

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| 發布時間：2017.08.19 來源：電源適配器

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