几种实用的低电压冗余电源方案设计

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、监控设备、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。冗余电源的区别主要是由不同的电源供电。 【冗余电源设计的重要性】 冗余电源设计是确保高可靠性和不间断运行的关键技术，尤其适用于基站通信设备、监控系统和服务器等对稳定性要求极高的应用。这种设计通过配置两个或更多的电源，使得当一个电源发生故障时，其他电源能够立即接管，避免因电源问题导致系统停机。冗余电源与UPS（不间断电源）类似，但主要区别在于冗余电源通常由不同的电源单元提供备份，而UPS主要依赖于电池供电。 【冗余电源的常见方案】 1. **容量冗余**：电源最大负载能力超过实际需求，但并不能显著提高可靠性。 2. **冗余冷备份**：正常情况下，只有一个电源工作，故障时备份电源启动。切换过程可能造成电压波动。 3. **并联均流的N+1备份**：多个电源单元并联工作，一个故障不影响整体供电，但短路可能影响所有单元。 4. **冗余热备份**：所有电源单元同时工作，主电源故障时备份立即接管，输出电压变化小。 【传统冗余电源方案及其缺点】 传统的冗余电源设计通常使用二极管实现“或门”并联，以保证故障时的电源切换。然而，这种方案存在功耗大、发热严重、需要散热片和占用空间大的问题。大电流下的二极管功耗尤为明显，需要解决散热问题。 【新型冗余电源方案】 新型冗余电源方案采用大功率MOSFET替代二极管，降低了压降损耗，提高了效率，同时减少了对散热的需求。MOSFET的导通内阻远低于二极管，使得损耗降低，电路设计更加紧凑高效。TI、Linear等公司提供了专门的控制芯片支持这种方案。 【MOSFET的特殊应用】 1. **MOSFET符号的误解**：MOSFET符号的箭头并不指示电流方向，仅表示P极板到N极板的连接。 2. **内置二极管**：MOSFET内部包含一个二极管，影响其开关特性和电流流向。 3. **双向导电性**：MOSFET作为电压控制器件，可双向导电，不仅限于单向。 低电压冗余电源设计的目标是最大化系统的稳定性和可靠性，新型方案通过优化元器件和电路设计，有效解决了传统方案的局限，提高了电源效率和系统整体性能。在选择和设计冗余电源时，需要考虑系统负载、故障切换速度、功率损失等因素，以确保在各种条件下都能提供连续可靠的电力供应。