冗余电源作用与配置

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冗余电源作用与配置

冗余电源
冗余电源（Redundant Power ）是一个很陌生的名词，大家听上去都会感到困惑，不明白什么是冗余电源，冗余电源有什么作用。冗余电源是应用于服务器上的一种电源，在我们的生活中发挥着作用。冗余电源就是指的多个电源（现在一般为1+1冗余电源），一般是给服务器使用的，就是说如果一个电源出问题了，会立刻切换到另一个好的电源来保持服务器的供电正常。

一、作用
RPS电源（Redundant Power System，冗余电源系统）用作部分交换机的外置直流供电电源
RPS可以用作交换机或路由器的冗余备份电源：
l 如果RPS和受电设备采用相同的交流供电系统，当受电设备内部电源出现异常时，RPS可以继续为故障设备进行直流供电，保障设备的持续正常运行；
l 如果RPS和受电设备采用不同的交流供电系统，还可以在受电设备的外部交流供电电源出现故障时继续提供直流供电，保障设备的持续正常运行。

二、冗余电源与UPS电源的区别？
电源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷备份、并联均流的N+1备份、冗余热备份等方式。容量冗余是指电源的最大负载能力大于实际负载，这对提高可靠性意义不大。
冗余冷备份是指电源由多个功能相同的模块组成，正常时由其中一个供电，当其故障时，备份模块立刻启动投入工作。这种方式的缺点是电源切换存在时间间隔，容易造成电压豁口。
并联均流的N+1备份方式是指电源由多个相同单元组成，各单元通过或门二极管并联在一起，由各单元同时向设备供电。这种方案在1个电源故障时不会影响负载供电，但负载端短路时容易波及所有单元。冗余热备份是指电源由多个单元组成，并且同时工作，但只由其中一个向设备供电，其他空载。主电源故障时备份电源可以立即投入，输出电压波动很小。对于一些需要长时间不间断操作、高可靠的系统，如基站通信设备、*设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应。冗余电源设计是其中的关键部分，在高可用系统中起着重要作用。冗余电源一般配置2个以上电源。当1个电源出现故障时，其他电源可以立刻投入，不中断设备的正常运行。这类似于UPS电源的工作原理：当市电断电时由电池顶替供电。冗余电源与UPS的区别主要是由不同的电源同时供电,而UPS则是一个电源供电另一个则随时备用，有需要时自动切换。
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三、冗余电源的配置

服务器上的冗余电源的配置形式非常多样，常见的形式有：
1、1+1电源配置形式
这种配置形式表明服务器只要有一个电源模块就能实现正常工作，但是在配置上，冗余电源通常是由两个电源模块的，其中一个模块是用来充当冗余电源备份的。
2、2+1电源配置形式
这种配置形式表示服务器需要两个电源模块才能实现正常工作，但是在配置上，冗余电源通常是由三个电源模块的，其中一个模块是用来充当冗余电源备份的。
3、2+2电源配置模式
这种配置形式表示服务器的正常工作需要两个电源模块，但是在配置上，冗余电源是具备四个电源模块的，其中有两个电源模块是充当冗余电源备份的。
服务器上冗余电源的配置形式主要取决于服务器最多可以接驳几个电源模块以及服务器的重要程度和用途，如果服务器比较重要且不适宜停机检修，一般情况下，我们要为该服务器配置冗余电源。

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四、几种实用冗余电源设计方案
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。
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，。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“背靠背”的方案，。
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。，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。
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。
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。
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。 RSENSE为电流检测电阻，LTC4350检测该电阻两端的电压，内部放大后与GAIN引脚的电压比较，根据比较结果再通过IOUT引脚的模拟输出控制输入电源的电压变化，以达到调整该路电源输出电流的目的。另外，UV、OV引脚分别为欠压、过压检测引脚，LTC4350通过检测这两个引脚的电压可以控制MOSFET的关断，实现欠压保护和过压保护的功能。

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| 发布时间：2017.08.19 来源：电源适配器

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