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面向高可用性体系的抱负二极管和热插拔操控

引言 为 了 实 现 容 量 可 扩 展 和 模 块 化 , 服 务 器 、 工 业 计 算 机、企业数据存储系统和网络路由器等系统都内置了很多插 槽,以容纳多个处理和 I/O 板卡。为了确保高可

导言
     为 了 实 现 容 量 可 扩 展 和 模 块 化 , 服 务 器 、 工 业 计 算 机、企业数据存储体系和网络路由器等体系都内置了许多插 槽,以包容多个处理和 I/O 板卡。为了保证高可用性和运转 时刻,体系需具有热插拔才能。这样,板卡刺进和拔出时, 整个体系才不会断电。为了进一步进步牢靠性,需求并联多 个电源模块,以保证任一电源发生毛病时体系仍能持续运 行。能够使用肖特基功率二极管以 “或
”办法并联电源。 有些体系以“或”办法并联相同的电源,有些则“或”衔接 备份电池、辅佐维护电源或电容器组。在后者所述情况下, 仅当主电源不行用时才需求备份电源。别的,二极管与输出 端的坚持电容器相结合,能够完成电源低电压穿越。       当 电 流 值 高 于 几 安 培 时 , 肖 特 基 二 极 管 消 耗 大 量 功 率,每流过 1A 电流大约耗费 0.5W,并且二极管两头会发生 压降,关于 3.3V – 5V 的较低电压电源而言,电压是名贵资 源。选用低导通电阻 MOSFET和操控器构成的抱负二极管可 将功耗和压降下降 10 倍或以上,因而无需散热器,节省了 电路板面积。在有些装备办法中,抱负二极管操控器现已与

图1a    在背板上“或”衔接的 电源模块

图1b    LTC4229:用于电源“或”衔接和电压坚持使用 的单个抱负二极管和热插拔操控器
热插拔 (Hot SwapTM) 操控器相集成,旨在为高可用性体系中遇到的各种不同热插拔和“或”衔接情况供给紧凑的处理方 案。

1  电源模块的“或”衔接,在负载板卡上进行

    热插拔有些高可用性体系在背板上有多个电源模块,通过电 源总线向体系中的一切负载板卡供电 (图 1a)。当电源模块 刺进带电的电源总线时,需求完成热插拔 (图顶用开关表 示) 和二极管操控。刺进榜首个模块时,热插拔操控器软启 动电源总线,使大容量电容器的电流缓慢上升至安全水平。 向已供电的总线刺进第二个模块时,假如该模块的电压低于 总线电压,抱负二极管操控保证不呈现反向馈送。假如该模 块的电压高于总线电压,热插拔操控保证浪涌电流可控。热 插拔操控器还完成快速的电流约束。此外,电源本身也有电 流约束。每个负载板卡都具有热插拔才能,因为这些板卡共 享一个通用电源总线。LTC4229 是一款 2.9V 至 18V 单电源理 想二极管和热插拔操控器 (图 1b),可用在 如图 1a 所示的刺进式电源模块上。其 2.9V 至 18V 作业电压规模合适  3.3V、5V 和 12V 电源。该器材操控一切 N 沟道 MOSFET, 以下降输入到输出的压降和功耗。与无源二 极管和保险丝不同,LTC4229 供给多种电源情况输出。
2  在负载板卡上完成“或”衔接和热插拔
因为负载板卡仅需求热插拔操控,图 1a 拓扑最大极限 下降了本钱。这种装备办法的缺陷是,背板上的二极管有必要 很大,以承载整个体系的电流,因而更简单出毛病。二极管 一旦呈现毛病,整个体系的电源通路都不能作业,并且有可 能在另一个电源出毛病之前,一向留意不到这一情况,然后 下降牢靠性。一种愈加牢靠的办法是,在每个负载板卡上并 联两个电源,如图 2 所示。板卡上的二极管电流较低,并且
任何二极管毛病都只影响那个特定的板卡。凌力尔特的 LTC4227 包括双抱负二极管“或”电路和 一个热插拔操控器 (图 2b),为负载板卡电源“或”衔接和 热插拔供给了一款紧凑的处理方案。抱负二极管“或”电路 (D1 和 D2) 用电压较高的电源给板卡供电,热插拔操控器管 理浪涌电流,并使用电流约束电路断路器完成短路维护。

3 电源模块的“或”衔接和热插拔
图 2a 拓扑需求在负载板卡上完成电源“或”衔接,因 此增加了每个负载板卡的本钱。体系中的负载板卡一般比电 源模块多,因而简化
负载板卡是有利的。 图 3 a 拓扑针对每个 负载板卡供给独立输 出的电源模块,既实 现了高可用性,又简化了负载板卡。每个输出通路都有一个二 极 管 和 浪 涌 控 制 开 关。在背板上为每个 负载板卡并联输出通 路。负载板卡的简化 以电源模块本钱和复 杂性的进步为价值。 用于图 3a 拓扑中的 LTC4228 包括双 路抱负二极管和热插 拔 控 制 器 ( 图 3 b) ,可用于具多个  2.9V 至 18V 输出的电源模块,例如µTCA 体系 中的多个 12V 输出,或 PCI Express 体系中的 12V 和 3.3V 输出。

图2a  电源在负载板卡上完成“或”衔接

图2b LTC4227:双抱负二极管“或” 和单热插拔操控器在负载板卡上完成电源 “或”衔接的使用

4  坚持电源 电压
     有 些 电 源 会阅历时刻短的电 压过低情况,持 续时刻从几百微 秒到若干毫秒。 就 共 享 背 板 电 源而言,这种情 况可能发生在负 载板卡接通时, 也可能发生在电 源总线在“或” 衔接的电源之间 切换时。为了使 负载板卡完成低 电 压 穿 越 , 在 电 源 通 路 中 的 板 卡 输 入 端 插 入 一 个 理 想 二 极 管 ( 图 4 ) 。 当 输 入 电 源 下 降 时 , 二 极 管
使 电 源 通 路 开路,这样任何电流都无法流回背板。板卡持续用二极管输出 端的大容量电容器给本身供电,直到输入电源的电压康复为 止。LTC4229 放置在电源接入点与板卡之间,可坚持电源 电压。为了避免热插拔操控器因为欠压情况而断电,抱负二 极管放置在热插拔操控器之前,如图 1b 所示。假如需求, LTC4229 也答应热插拔操控器放置在抱负二极管操控器之 前。该器材满意灵敏,热插拔和抱负二极管操控能够独立用 于不同电源。LTC4228 为两路电源供给电压坚持。

5 电源优先次序
当“或”衔接不同类型的电源时,一般会选用备份电 源,可能是电池、低电流辅佐电源或电容器组 (在主电源不行用时供电)。主电源的优先级比备份电源高,但主电源的电压未必是两个电源中较高的,因而不能用一般的二极管衔接他们。这是一种优先级排序器使用:依据优先级而不是电压高 低挑选电源。

图3a   为每个负载板卡供给独立“或”输出的 电源模块

图3b   LTC4228:面向多个电源“或”衔接和 电压坚持使用的双抱负二极管和热插拔操控器

图4  用串联二极管和输出%&&&&&%器使电源电压得以 坚持
     当 备 份 电 源 电 压 高 于 主 电 源 电 压 时 , 只 要 主 电 源 可 用 , 就 需 要 防 止 备 份 电 源 给 输 出 供 电 。 这 种 情 况 如 图 5 所示,图中选用了 LTC4229 和 LTC4352 抱负二极管操控 器。只需主电源电压高于 4.7V (由 R6-R7-R8 分压器设定), LTC4229 就操控背对背 MOSFET (MD1 作为开关,MD2 作 为抱负二极管)避免 12V 电池向输出供电。当主电源降至低 于 4.7V 时,LTC4229  就接通 MD1 和 MD2,用 12V 备份电池供电。

6 定论
     高可用性体系需求热插拔和二极管操控,以结合多个 电源供给冗余和牢靠性。LTC4227、LTC4228 和 LTC4229 提 供不同的装备办法,这些装备办法合适需求电源“或”衔接 或坚持电源电压的各种场景:电源侧或负载板卡侧。这些操控器与其他独立抱负二极管和热插拔操控器相结合,可满意 电源优先级排序以及其他定制使用需求。

图5  选用 5V 主电源 (榜首优先级) 和 12V 备份电池 (第二优先级) 的优 先级排序器使用

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