熱插拔冗余電源的設(shè)計(jì)

1、硬件縱橫蚌埠市安徽財(cái)貿(mào)學(xué)院電教中心( 233041 )陳忠民摘要：熱插拔冗余電源的基本概念、設(shè)計(jì)思想和電路結(jié)構(gòu)，分析了熱插拔和電流共亨的原 理，給出了以LTC4350為核心構(gòu)成熱插拔冗余電源陣列的設(shè)計(jì)示例.關(guān)鍵詞：冗余電源熱插拔電流共享15 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 硬件縱橫15 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights re

2、served, 硬件縱橫在冗余電源系統(tǒng)中.多個(gè)電源模塊同時(shí)承擔(dān)系統(tǒng)負(fù) 荷，一旦其中某個(gè)模塊出現(xiàn)問題而停止供電時(shí)，剩余的模 塊便會(huì)¥均承擔(dān)多出來的電源負(fù)菠。服務(wù)器、交換機(jī)等關(guān) 鍵設(shè)備的供電系統(tǒng)常采用這種冗余結(jié)構(gòu)來消除電源系統(tǒng) 的單點(diǎn)故障。兀余電源陣列中的備電源模塊具有熱插拔 特性町帶電拆卸和安裝，因此可在不停電情況卜維修. 1 冗余電源的電路結(jié)構(gòu)由n個(gè)電激模塊構(gòu)成的冗余體系，總體結(jié)構(gòu)采用輸入 總線、負(fù)我總線和共亨總線的三總線”電路形式如圖1 所示。其中電源1、電源2、電源n為熱插拔電源，°、 口、C.,為控制模以，、，,、9為控制模塊控制的 電子開關(guān)并兼冇類似F陽(yáng)聯(lián)利穩(wěn)壓電源

3、中調(diào)整管的作 用，SENSEi、SENSE2、SENSE.為電源檢測(cè)信號(hào)，F(xiàn)B 為負(fù)我迫壓反饋信號(hào)。上述兀余供電方案實(shí)際上足電源模塊、控制模塊和 電子開關(guān)三者的組合，其中控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的孩 心.系統(tǒng)正常匚作時(shí)，控制模塊通過調(diào)整電子開關(guān)的導(dǎo) 通程度，使系統(tǒng)均衡地便用多個(gè)以并聯(lián)方式相連接的電 源模塊，每個(gè)電源模塊向系統(tǒng)提供相同的電流。ifiJ當(dāng)其 中某一電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，控制模塊控制電子開關(guān)斷 開，使故障電源n動(dòng)從系統(tǒng)中隔離出去，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電 源模塊坊負(fù)戲總線的隔離，并進(jìn)行故障報(bào)警，以通知維 護(hù)人員更換電源模塊.此外它還是一個(gè)熱插拔控制器. »J以防止在電源模塊插入和拔出時(shí)對(duì)電源的

4、負(fù)載總線 形成沖擊.2LTC4350弓I腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)LTC435O是Linear Technology半導(dǎo)休公司呆新開發(fā) 的熱描拔控制器產(chǎn)品.它將熱插拔和電流共享2種特性功 能集成在一塊IC內(nèi)簡(jiǎn)化了熱插拔兀余電源的設(shè)計(jì)，降低 了電澹的制造成本，提高了設(shè)備的易用性和可維護(hù)性。LTC4350采用16引脾SSOP封裝，其引腳功能如表 I所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示.表1LTC4350引腳功能引腳巧名稱&義引腳匕名稱&義1IV欠斥信號(hào)輸入9FB反饋佶號(hào)輸入2ov過斥借號(hào)輸入10輸出電壓設(shè)58電阻3TIMEK定時(shí)器11MT電潦輸出4GAIN増益控制12檢測(cè)電5COMP2比較器輸出13舲檢

5、則電陽(yáng)匸端6COM Pl比較器輸出14GATE門駱動(dòng)電壓輸IBSB共享總線15SlAllS狀態(tài)輸出8GND地16Vu3電流共享的實(shí)現(xiàn)如果由11個(gè)電源模塊組成的冗余電源陣列中,每個(gè) 電源橈塊分擔(dān)金部負(fù)我電流的l/n則可認(rèn)為電源模塊之 間實(shí)現(xiàn)了電流共享電流共享的實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示.圖 中：収樣電阻心用于測(cè)雖電源的工作電流.模塊 將檢測(cè)到的電流進(jìn)行放大后饋至LTC4350的GAIN引 腳,并在GAIN引腳外接電阻上形成取樣電壓。E/ A2模塊將取樣電壓與共亨總線的電流進(jìn)行比較，兀輸出 通過兒模塊調(diào)節(jié)電源的輸出電使用E/A2模塊的H 的是強(qiáng)制GAIN引腳的電壓打SB引腳的電壓相等。為系 統(tǒng)中所冇LTC

6、4350的GAIN引腳的 電壓與SB引腳的電壓相等時(shí),負(fù)教 電流就被共亨了。E/A1模塊將負(fù)載總線的電斥與 參考電壓(REF)進(jìn)行比校。如舉FB引 腳的電壓低于參考電壓，則E/AI的 輸出通過串聯(lián)的二極管對(duì)共享總線進(jìn) 行驅(qū)動(dòng):如果FB引腳的Hi壓高于參 微熨機(jī)與應(yīng)用2002年第4期GATEK-COMP2HMEKSTATIS9捽制邏輯56GA1允許電源輸出以無縫的方式進(jìn)入負(fù)載共亨，防止了大的 浪涌電流進(jìn)入電源系統(tǒng)。蘭電源模塊關(guān)閉或拔出時(shí).LTC4350對(duì)FET的門極 進(jìn)行快速放電，UV引腳的電斥將跌落至1.220V以卜時(shí)， FET關(guān)斷便電源與負(fù)栽隔離開來。5 應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)以熱插拔負(fù)孩共享控制器

7、LTC435O為核心構(gòu)成兀余 電灣的設(shè)計(jì)方案，具有設(shè)計(jì)和制造簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。 圖4是一個(gè)輸出電樂為5V的熱插拔冗余電源的電路圖 與其并聯(lián)的其它電源的結(jié)構(gòu)與Z相同)。LTC4350使用SENSE+ fd號(hào)加我到電源上來實(shí)現(xiàn)對(duì) 電源輸出電斥的調(diào)節(jié)。電陽(yáng)幾(和尺沏用于設(shè)迎電壓調(diào)幣 范圍o Rsct上的電壓以Rg“R波T的比率轉(zhuǎn)換成Rout上的電 樂.因此輸出電壓的調(diào)整將跟蹤R曲引腳上的電壓.在電源輸出端短路到地期何維持芯片的供電。GATE 引腳外接1只容雖為O.lpT的旁路電容G；,便功率FET 的門極電位和輸出電樂均不會(huì)突變，避免了電源插入和 退出時(shí)產(chǎn)生浪涌電流進(jìn)入負(fù)載。TIMER引腳外部連

8、接的電容C設(shè)置是為了電源插 入后向共享負(fù)載提供供電的延時(shí)時(shí)間.15 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 硬件縱橫ourSENSE-電淵GM) ffl 21-TC4350內(nèi)部結(jié)構(gòu)考電壓，則COM Pl端接地SB端與 COMF1端Z f"J通過串聯(lián)的二極管隔離 開來.4熱插拔過程熱描拔過程受欠壓引腳(UV)的電壓控 制.比電源模塊插入I1UV引腳的電斥低于 領(lǐng)定電壓1.220V時(shí)，GATE端輸出為0V, FET關(guān)斷。隨看人c引腳的電壓因電容充見 而緩慢上升，UV引腳的電壓也隨之升高。 當(dāng)該電壓高于1.224V時(shí),FET的門極通過 lOpiA的電流源充電.GATE引腳的電樂上 升，斜率為1()jM/Ca這種緩慢的充電過程GAIN引腳外接電阻乩；訕用于調(diào)節(jié)從耕密電 阻R、z 上所取紂的電流檢測(cè)們號(hào)的反饋深度。圖4中冇2個(gè)功率FET其中，F(xiàn)ET1用于阻止 負(fù)載的高壓故障，如果不需騏超壓保護(hù).FET1町以 省如果不需要短路到地的保護(hù)，可以省去 FET2.但二者不能同時(shí)省去.參考文獻(xiàn)1 Linear Technology Co.ETC Duta sheet.20002 仔卡熱插拔控制器構(gòu)成限流電路電產(chǎn)產(chǎn)品