怎么挑选电源

因为电子产品的风行，能够用多种电源供电的设备现已层出不穷了。例如，工业手持式外表或便携式医疗确诊设备大部分时刻用电池供电，但一旦刺进沟通适配器或 USB 端口，就从沟通适配器或 USB 端口汲取功率了，这时既为电池充电，又为体系供电。在移动体系的另一端，大型高可用性服务器机架内至罕见两个电源，以在任何一个电源出毛病时，坚持服务器正常运转。存储服务器则用超级电容器作备份电源，以在主电源断开时，干净利落地完成无差错停机，当然，也有些服务器选用大电流主电源和小电流辅佐电源。一切这些体系都面对着一项重要使命，即在各种不同的可用电源中，挑选一个为体系负载供电。

电源多路复用中躲藏的问题

在给定环境中挑选适宜电源这一使命，听起来简略轻松，可是假如挑选不妥，结果很严重，或许构成体系毛病并损坏电源。假如加在电源输出端的电压较高，那么在并联作业的电源之间进行切换或许导致电流回流到电源中。有些电源假如遭受能量回来，就会呈现毛病，使操控环路中止，引起电源输入端子过压，这有或许导致电容器及其他器材烧掉。并联电源切换时还存在一个危险，即一切电源与输出之间的断接时刻都或许过长，导致输出电压下降，体系复位或体系运转不正常。当电源之间的电压比较挨近时，会呈现第三个问题。有些依据比较器的操控办法引入了一种振动形式，即在电源之间接连切换，这样一来，电源之间的切换就需求缜密规划了。

相同的电源

让我们从最简略的情况开端——由两个相同的电源给一个体系供电。这儿相同的意义是，相同的标称电压，其改变在电源容限规模内，一般为百分之几。这种情况呈现在高可用性服务器中，这类服务器装备两个或更多冗余电源，以在任何电源呈现毛病时，能够不间断运转。在这类体系中，一种简略的办法是，挑选电压最高的电源给体系供电。两个二极管的阳极别离衔接两个电源，阴极则连在一同，构成所谓的二极管“或”电路，这样就完成了由电压较高的电源供电的功用 (参见图 1)。仅连入一个电源时，这个电路也正常作业。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。

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，功率简略就能超越千瓦，因而 12V DC 电源须供给 50A 到 100A 的电流。运用一般的旧式二极管，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”，假如不是不或许，也要面对可怕的热量办理使命，因为在这么大电流时，两个二极管的电压下降 1V，就会耗费很大的功率，例如，在 50A 电流时，功耗为 50W。因而需求压差低得多的抱负二极管。正像处理其他许多电路问题时相同，MOSFET 再次伸出了援手。MOSFET 加上一个检测电路，可起到抱负二极管的效果，正向偏置时 (输入高于输出)，接通压差十分低，反向偏置时 (输入低于输出) 则断开。抱负二极管压差可降至一般二极管的 1/10，因而功耗降至可应对的 5W。经过 RDS(ON) 为 2mΩ 的单个或并联 N 沟道 MOSFET，很简略完成这样的抱负二极管“或”电路。图 2 显现了一个这样的电路及其 I-V 曲线。凌力尔特的 LTC4352 操控一个 N 沟道 MOSFET，以完成抱负二极管功用。这样的两个电路并联，就构成了一个抱负二极管“或”电路，可用于冗余电源体系。依照必定份额线性跟从 MOSFET 的压降，可保证电源不产生振动，滑润切换，而 0.5µs 的快速接通和断开时刻，则最大极限地减小了输出压降和反向电流。

图 2：具 UV/OV 的 LTC4352 抱负二极管及其 I-V 曲线

抱负二极管的功用是无源二极管望尘莫及的。仅当输入处于欠压 (UV) 和过压 (OV) 门限设定的有用规模之内时，LTC4352 才干成为抱负二极管。STATUS# 引脚向下流电路供给 MOSFET 接通或断开的情况信号，FAULT# 引脚指示 MOSFET 是因为 UV/OV 情况而关断，仍是因为 MOSFET 呈电阻性或开路而导致过大压降，后者在毛病产生之前发出了行将呈现毛病的警报。

让我们同享负载吧

二极管“或”是一种“赢家通吃”型体系，在这种体系中，电压最高的电源供给悉数负载电流。假如两个电源均等地向负载供电，将热量压力一分为二一同承当，那么电源体系的可靠性会大幅进步，电源的寿数也可得到延伸。可是，许多调理电源的负载同享电路受到了环路振动的困扰。与电源改变互动的负载同享操控环路使问题变得复杂了。在这儿使用抱负二极管概念能够处理问题。经过调理抱负二极管压降，补偿电源电压之差，能够使两个抱负二极管的输出电压持平。在这两个持平的点和同享负载之间参加检测电阻器，可保证两个电源流出的电流持平或成必定份额。LTC4370 二极管“或”均流操控器选用了这种针对两个电源的均流办法 (参见图 3)。这种办法可补偿高达 600mV 的电源电压之差，这意味着两个 12V 电源具有 ±2.5% 的容限，或两个 5V 电源具有 ±6% 的容限。

图 3：LTC4370 在两个二极管“或”衔接的 12V 电源之间均衡 10A 负载电流。经过调理 MOSFET 压降来补偿电源电压失配，以完成均流。

不同的电源

在上述的服务器比如中，两个电源相一同，二极管“或”和负载同享办法十分适用。可是这些办法不适合电池供电体系，在这类体系中，输入来自电池、沟通适配器或 5V USB 电源，也就是说，这些电源的标称电压差异甚大。在有些情况下，还会触及超级%&&&&&%器备份电源。因而，需求一种愈加通用的处理计划，而不是简略地经过衡量电源电压凹凸来作业。这种处理计划称为优先级供电处理器。该处理计划的根底是，电池供电体系的电源有一个优先次序。一般情况下，沟通适配器排在最前面，只需存在沟通适配器，体系就从沟通适配器汲取功率。每一种电源都必须有一个确认的有用电压规模 (以检测该电源的存在) 和优先级。假如某种电源存在，就会依照它的优先级考虑是否用它给体系供电。LTC4417 优先级挑选器依据 3 个电源的有用电压窗口和优先级作出挑选，仅将其中之一衔接到输出 (参见图 4)。当心切换防止将两个电源连到一同，仅在输出电压低于输入电压时才将电源衔接到输出。这最大极限地减小或消除了流回电源的反向电流。别的，这么做还完成了受控的快速切换，以约束输出电压下降和浪涌电流。