LTC4350實(shí)現(xiàn)冗余電源

在電信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及分布式電源系統(tǒng)中，采用冗余電源的供電方式是消除電源系統(tǒng)單點(diǎn)故障的主要技術(shù)策略。所謂冗余電源，是指多個(gè)電源模塊同時(shí)承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷，而一旦其中某個(gè)模塊出現(xiàn)問題而停止供電時(shí)，其它模塊便會平均承擔(dān)多出來的電源負(fù)載。為了提高系統(tǒng)的容錯(cuò)性和長期連續(xù)工作的可靠性，要求冗余電源陣列中的各電源模塊具有熱插拔特性，可帶電拆卸和安裝。以熱插拔負(fù)載均分控制器LTC4350為核心構(gòu)成冗余電源的解決方案，具有設(shè)計(jì)和制造簡單、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。

LTC4350允許系統(tǒng)均衡地使用多個(gè)以并聯(lián)方式相連的電源模塊，當(dāng)其中某一電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，能夠使故障電源自動從系統(tǒng)中斷開，并進(jìn)行故障報(bào)警。LTC4350中還集成了熱插拔控制器，可防止在電源模塊插入和拔出時(shí)對電源的負(fù)載總線形成沖擊。

一個(gè)完整的冗余供電方案，實(shí)際上是電源模塊和LTC4350的組合，如圖1所示。其中FET為N溝道功率型場效應(yīng)管，LTC4350通過將FET的柵極電壓降低到0V，實(shí)現(xiàn)對故障電源模塊與負(fù)載總線的隔離，以便在開機(jī)狀態(tài)下更換電源模塊。系統(tǒng)正常工作時(shí)，FET是TLC4350調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電源輸出電壓的執(zhí)行元件。

如果由n個(gè)電源模塊組成的冗余電源陣列中，每一個(gè)電源模塊分擔(dān)全部負(fù)載電流的1/n，則可認(rèn)為電源模塊之間實(shí)現(xiàn)了電流均分。

電流均分的實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。其中取樣電阻RSENSE用于測量電源的工作電流，ISENSE模塊將檢測到的電流進(jìn)行放大后饋至LTC4350的GAIN引腳，并在GAIN引腳外接電阻RGAIN上形成取樣電壓。E/A2模塊將取樣電壓與均分總線的電流進(jìn)行比較，E/A2的輸出通過IOUT模塊調(diào)節(jié)電源的輸出電壓。使用E/A2模塊的目的是，強(qiáng)制GAIN引腳的電壓與SB引腳的電壓相等。當(dāng)系統(tǒng)中所有LTC4350的GAIN引腳的電壓與SB引腳的電壓相等時(shí)，負(fù)載電流就被均分了。

E/A1模塊將負(fù)載總線的電壓與參考電壓(REF)進(jìn)行比較。如果FB引腳的電壓低于參考電壓，則E/A1的輸出通過串聯(lián)的二極管對均分總線進(jìn)行驅(qū)動；如果FB引腳的電壓高于參考電壓，則COMP1端接地，SB端與COMP1端之間通過串聯(lián)的二極管隔離開來。

熱插拔過程受欠壓引腳（UV）的電壓控制。電源模塊插入時(shí)，UV引腳的電壓低于鎖定電壓1.220V時(shí)，GATE端輸出為0V，FET關(guān)斷。隨著VCC引腳的電壓因電容充電而緩慢上升，UV引腳的電壓也隨之升高，當(dāng)該電壓高于1.224V時(shí)，FET的柵極通過10mA的電流源充電，GATE引腳的電壓上升，斜率為10mA/CG。這種緩慢的充電過程允許電源輸出以無縫的方式進(jìn)入負(fù)載均分，防止了大的浪涌電流進(jìn)入電源系統(tǒng)。

當(dāng)電源模塊關(guān)閉或拔出時(shí)， LTC4350對FET的柵極進(jìn)行快速放電，UV引腳的電壓將跌落至1.220V以下時(shí)，F(xiàn)ET關(guān)斷，使電源與負(fù)載隔離開來。

圖3是一個(gè)輸出電壓為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)與之相同。

LTC4350使用SENSE+信號加載到電源上來實(shí)現(xiàn)對電源輸出電壓的調(diào)節(jié)。電阻ROUT和RSET用來設(shè)置電壓調(diào)整范圍。RSET上的電壓以ROUT/RSET的比率轉(zhuǎn)換成ROUT上的電壓。因此，輸出電壓的調(diào)整將跟蹤RSET引腳上的電壓。

在LTC4350的供電回路中串聯(lián)了一阻值為51Ω的電阻，用于在電源輸出端短路到地期間維持芯片的供電，防止系統(tǒng)失控。GATE引腳外接的一只容量為0.1mF的旁路電容CG使功率FET的柵極電位和輸出電壓均不會突變，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引腳外部連接的電容CT設(shè)置電源插入后向均分負(fù)載供電的延時(shí)時(shí)間。

GAIN引腳外接電阻RGAIN用于調(diào)節(jié)從精密電阻RSENSE的上所取得的電流檢測信號的反饋深度。

圖中有兩個(gè)功率FET。其中，漏極接至電源(左側(cè))的那個(gè)FET用于阻止負(fù)載的高壓故障。如果不需要超壓保護(hù)，這個(gè)FET可以省去。同樣地，如果不需要短路到地的保護(hù)，也可以省去那只漏極接至負(fù)載（右側(cè))的FET。

熱插拔和冗余技術(shù)是電源系統(tǒng)的熱點(diǎn)問題之一， Linear公司的熱插拔控制器LTC4350將熱插拔和電流共享兩種特性功能集成在一塊IC內(nèi)，簡化了熱插拔電源的設(shè)計(jì)，降低了電源的制造成本，提高了設(shè)備的易用性和可維護(hù)性。■

參考文獻(xiàn)

1 LTC Data sheet. Linear Technology Co.,2000

2 Power Supplies Considerations for Compact PCI. PAUL KINGSEPP and LAZAR ROZENBLAT