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来自 技术中心 2020-02-04 21:33 的文章
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LTC4350实现冗余电源

  系统单点故障的主要技术策略。所谓冗余电源,是指多个电源模块同时承担系统负荷,而一旦其中某个模块出现问题而停止供电时,其它模块便会平均承担多出来的电源负载。为了提高系统的容错性和长期连续工作的可靠性,要求冗余电源阵列中的各电源模块具有热插拔特性,可带电拆卸和安装。以热插拔负载均分控制器

  LTC4350允许系统均衡地使用多个以并联方式相连的电源模块,当其中某一电源模块出现故障时,能够使故障电源自动从系统中断开,并进行故障报警。LTC4350中还集成了热插拔控制器,可防止在电源模块插入和拔出时对电源的负载总线形成冲击。光配模块

  一个完整的冗余供电方案,实际上是电源模块和LTC4350的组合,如图1所示。其中FET为N沟道功率型场效应管,LTC4350通过将FET的栅极电压降低到0V,实现对故障电源模块与负载总线的隔离,以便在开机状态下更换电源模块。系统正常工作时,FET是TLC4350调节和稳定电源输出电压的执行元件。

  如果由n个电源模块组成的冗余电源阵列中,每一个电源模块分担全部负载电流的1/n,则可认为电源模块之间实现了电流均分。

  电流均分的实现原理如图2所示。其中取样电阻RSENSE用于测量电源的工作电流,ISENSE模块将检测到的电流进行放大后馈至LTC4350的GAIN引脚,并在GAIN引脚外接电阻RGAIN上形成取样电压。光配模块E/A2模块将取样电压与均分总线的电流进行比较,E/A2的输出通过IOUT模块调节电源的输出电压。使用E/A2模块的目的是,强制GAIN引脚的电压与SB引脚的电压相等。当系统中所有LTC4350的GAIN引脚的电压与SB引脚的电压相等时,负载电流就被均分了。

  E/A1模块将负载总线的电压与参考电压(REF)进行比较。如果FB引脚的电压低于参考电压,则E/A1的输出通过串联的二极管对均分总线进行驱动;如果FB引脚的电压高于参考电压,则COMP1端接地,SB端与COMP1端之间通过串联的二极管隔离开来。

  热插拔过程受欠压引脚(UV)的电压控制。电源模块插入时,UV引脚的电压低于锁定电压1.220V时,GATE端输出为0V,FET关断。随着VCC引脚的电压因电容充电而缓慢上升,UV引脚的电压也随之升高,当该电压高于1.224V时,FET的栅极通过10mA的电流源充电,GATE引脚的电压上升,斜率为10mA/CG。这种缓慢的充电过程允许电源输出以无缝的方式进入负载均分,防止了大的浪涌电流进入电源系统。

  当电源模块关闭或拔出时, LTC4350对FET的栅极进行快速放电,UV引脚的电压将跌落至1.220V以下时,FET关断,使电源与负载隔离开来。

  图3是一个输出电压为5V的热插拔冗余电源的电路图,与其并联的其它电源的结构与之相同。

  LTC4350使用SENSE+信号加载到电源上来实现对电源输出电压的调节。电阻ROUT和RSET用来设置电压调整范围。RSET上的电压以ROUT/RSET的比率转换成ROUT上的电压。因此,输出电压的调整将跟踪RSET引脚上的电压。

  在LTC4350的供电回路中串联了一阻值为51Ω的电阻,用于在电源输出端短路到地期间维持芯片的供电,防止系统失控。GATE引脚外接的一只容量为0.1mF的旁路电容CG使功率FET的栅极电位和输出电压均不会突变,避免了电源插入和退出时产生浪涌电流进入负载。

  TIMER引脚外部连接的电容CT设置电源插入后向均分负载供电的延时时间。

  GAIN引脚外接电阻RGAIN用于调节从精密电阻RSENSE的上所取得的电流检测信号的反馈深度。

  图中有两个功率FET。其中,漏极接至电源(左侧)的那个FET用于阻止负载的高压故障。如果不需要超压保护,这个FET可以省去。同样地,如果不需要短路到地的保护,也可以省去那只漏极接至负载(右侧)的FET。

  热插拔和冗余技术是电源系统的热点问题之一, Linear公司的热插拔控制器LTC4350将热插拔和电流共享两种特性功能集成在一块IC内,简化了热插拔电源的设计,降低了电源的制造成本,提高了设备的易用性和可维护性。■

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关键词: 光配模块