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几种实用的低电压冗余电源方案设计

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  在冗余电源的应用电路中，MOSFET的连接方向与常规不同。以N沟道管为例，连接电路应如图3所示。如果电源输入电压高于负载电源电压，即Vi>Vout，电流由Vi流向Vout。由于是冗余电源应用，负载电源电压Vout可能会高于电源输入电压Vi，这时由外部电路控制MOSFET栅极关断源、漏通路，同时由于内部二极管的反向阻断作用，使负载电源不能倒流回输入电源。

  

  如果需要通过控制信号直接控制关断MOSFET通路，上述的单管就无法实现，因为关断MOSFET沟道之后，内部的二极管还存在单向通路。这时需要如图4所示的2个背靠背反向连接的MOSFET电路，只有这样才能主动地关断电流通路。

  
  5 几种实用冗余电源方案设计
  本文主要讨论的是DC 5 V、DC 12 V之类的低压冗余电源设计。针对不同的功能、成本需求，下面给出几个设计方案实例。
  5．1 简单的冗余电源方案
  使用Linear公司的LTC4416可以设计1个简单的2路电源冗余方案，如图5所示。图中用1个LTC4416芯片连接2个外置P沟道MOSFET控制2路电源输入，是非常简单的方案。它使用2个MOSFET代替2个二极管实现了“或”的作用，MOSFET的压降一般为20～30 mV，因此功率损耗非常小，不会产生太多热量。

  

  该电路的工作原理是，LTC4416在2路输入工字电感电源的电压相同(差值小于100 mV)时，通过G1、G2控制2个MOSFET同时导通，使2路输入同时给负载提供电流。当输入电源电压不同时，输出电源电压可能高于某路输入电源电压，这时LTC4416可以防止输出向输入倒灌电流。这是因为芯片一直监测输入与输出之间的电压差，当输出侧电压比输入侧电压高25 mV时，芯片控制G1或G2立即关断MOSFET，防止电流倒流。在防止倒流方面，其他控制芯片也是类似的原理。
  LTC4416还有2个控制端E1、E2，可以用外部信号主动控制2路电源的通断，也可以通过电阻分压来监测输入电压的高低，来控制一体电感某路电源的导通。具体方法可参阅芯片数据手册。该芯片也适合于1路输入电源电压高、1路输入电源电压低的应用，如“电源+电池”的应用。需要注意的是，要让芯片主动去关断1路电源，外部MOSFET必须使用“电源电感器背靠背”的方案，如图4所示。
  另外，使用TI公司的TPS2412可以构成多路输入电源方案，这种方案需要为每路输入电源配置1片TPS2412。如图6所示，每个芯片通过外部控制1个MOSFET来模拟1个二极管的“或输入”。芯片的A、C引脚分别为输入、输出电源电压检测引脚，VDD为芯片供电电源，RSET通过配置不同的外接电阻来调节MOS-FET导通的速度，也可以悬空。由该芯片可以构成多于2路的电源冗余方案。

  

  5．2 带过、欠压检测的冗余电源方案
  图7是由2个P12121芯片构成的带过压、欠压检测的双电感厂家路冗余电源方案。P12121为Vicor(怀格)公司的一款电源冗余专用芯片，由于其内部集成有24 A、1．5 mΩ的MOSFET，因此外部电路非常简单。芯片OV为过压检测引脚，高于0．5 V时MOSFET自动切断；UV为欠压检测引脚，低于0．5 V时MOSFET切断，FT为状态输出引电感厂家脚，VC为芯片工作电源引脚。使用P12121也可以灵活地构成多路输入电源方案。

  

  5．3 热插拔及过、欠压保护的冗余电源方案
  LTC4352是一种除了过压、欠压保护外，还具备防护电源热插拔浪涌电流的单路冗余电源芯片。图8所示为LTC4352构成的单路冗余电源电路，多个这样的电路并联可以构成多路冗余电源方案。图中OV、UV分别为过压、欠压检测，该电路通过CPO悬空使芯片不能快速通断MOSFET，依靠欠压检测使GATE引脚在电源上电后延迟开通MOSFET，由R1、C组成的阻容网络使电源输出的电压上升速度减慢，R2则有效防止了Q的开关振荡，从而实现了一定的热插拔浪涌电流保护功能。

  5．4 均流控制的冗余电源方案
  若要使不同的输入电源同时承担负载电流(即均流控制)，需要外加一个前提，即各输入电源的电压能够通过控制信号被外部调节，以达到各电源电压基本相同的目的。通过LTC4350控制这种电源，可以实现均流的功能。图9是1个应用例图，图中“SHARE BUS”是各芯片共用的分配总线，该电路主要通过检测电源通路上的电流来调节输入电源的电压，达到各模块均衡提供电流的目的。

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