热插拔冗余电源的设计

1、硬件纵橫蚌埠市安徽财贸学院电教中心( 233041 )陈忠民摘要：热插拔冗余电源的基本概念、设计思想和电路结构，分析了热插拔和电流共亨的原 理，给出了以LTC4350为核心构成热插拔冗余电源阵列的设计示例.关键词：冗余电源热插拔电流共享15 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 硬件纵橫15 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights re

2、served, 硬件纵橫在冗余电源系统中.多个电源模块同时承担系统负 荷，一旦其中某个模块出现问題而停止供电时，剩余的模 块便会¥均承担多出來的电源负菠。服务器、交换机等关 键设备的供电系统常采用这种冗余结构來消除电源系统 的单点故障。兀余电源阵列中的备电源模块具有热插拔 特性町带电拆卸和安装，因此可在不停电情况卜维修. 1 冗余电源的电路结构由n个电激模块构成的冗余体系，总体结构采用输入 总线、负我总线和共亨总线的三总线”电路形式如图1 所示。其中电源1、电源2、电源n为热插拔电源，°、 口、C.,为控制模以，、，,、9为控制模块控制的 电子开关并兼冇类似F阳联利稳压电源

3、中调整管的作 用，SENSEi、SENSE2、SENSE.为电源检测信号，FB 为负我迫压反馈信号。上述兀余供电方案实际上足电源模块、控制模块和 电子开关三者的组合，其中控制模块是整个系统的孩 心.系统正常匚作时，控制模块通过调整电子开关的导 通程度，使系统均衡地便用多个以并联方式相连接的电 源模块，每个电源模块向系统提供相同的电流。ifiJ当其 中某一电源模块出现故障时，控制模块控制电子开关断 开，使故障电源n动从系统中隔离出去，实现对故障电 源模块坊负戏总线的隔离，并进行故障报警，以通知维 护人员更换电源模块.此外它还是一个热插拔控制器. »J以防止在电源模块插入和拔出时对电源的

4、负载总线 形成冲击.2LTC4350弓I脚功能及内部结构LTC435O是Linear Technology半导休公司呆新开发 的热描拔控制器产品.它将热插拔和电流共享2种特性功 能集成在一块IC内简化了热插拔兀余电源的设计，降低 了电澹的制造成本，提高了设备的易用性和可维护性。LTC4350采用16引脾SSOP封装，其引脚功能如表 I所示，内部结构如图2所示.表1LTC4350引脚功能引脚巧名称&义引脚匕名称&义1IV欠斥信号输入9FB反馈佶号输入2ov过斥借号输入10输出电压设58电阻3TIMEK定时器11MT电潦输出4GAIN増益控制12檢测电5COMP2比较器输出13舲检

5、则电阳匸端6COM Pl比较器输出14GATE门骆动电压输IBSB共享总线15SlAllS状态输出8GND地16Vu3电流共享的实现如果由11个电源模块组成的冗余电源阵列中,每个 电源橈块分担金部负我电流的l/n则可认为电源模块之 间实現了电流共享电流共享的实现原理如图3所示.图 中：収样电阻心用于测虽电源的工作电流.模块 将检测到的电流进行放大后馈至LTC4350的GAIN引 脚,并在GAIN引脚外接电阻上形成取样电压。E/ A2模块将取样电压与共亨总线的电流进行比较，兀输出 通过儿模块调节电源的输出电使用E/A2模块的H 的是强制GAIN引脚的电压打SB引脚的电压相等。为系 统中所冇LTC

6、4350的GAIN引脚的 电压与SB引脚的电压相等时,负教 电流就被共亨了。E/A1模块将负载总线的电斥与 参考电压(REF)进行比校。如舉FB引 脚的电压低于参考电压，则E/AI的 输出通过串联的二极管对共享总线进 行驱动:如果FB引脚的Hi压高于参 微熨机与应用2002年第4期GATEK-COMP2HMEKSTATIS9捽制逻辑56GA1允许电源输出以无缝的方式进入负载共亨，防止了大的 浪涌电流进入电源系统。兰电源模块关闭或拔出时.LTC4350对FET的门极 进行快速放电，UV引脚的电斥将跌落至1.220V以卜时， FET关断便电源与负栽隔离开來。5 应用电路的设计以热插拔负孩共享控制器

7、LTC435O为核心构成兀余 电灣的设计方案，具有设计和制造简单，稳定可靠的特点。 图4是一个输出电乐为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Z相同)。LTC4350使用SENSE+ fd号加我到电源上來实现对 电源输出电斥的调节。电阳几(和尺沏用于设迎电压调幣 范围o Rsct上的电压以Rg“R波T的比率转换成Rout上的电 乐.因此输出电压的调整将跟踪R曲引脚上的电压.在电源输出端短路到地期何维持芯片的供电。GATE 引脚外接1只容虽为O.lpT的旁路电容G；,便功率FET 的门极电位和输出电乐均不会突变，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

8、接的电容C设置是为了电源插 入后向共享负载提供供电的延时时间.15 © 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 硬件纵橫ourSENSE-电渊GM) ffl 21-TC4350内部结构考电压，则COM Pl端接地SB端与 COMF1端Z f"J通过串联的二极管隔离 开来.4热插拔过程热描拔过程受欠压引脚(UV)的电压控 制.比电源模块插入I1UV引脚的电斥低于 领定电压1.220V时，GATE端输出为0V, FET关断。随看人c引脚的电压因电容充见 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的门极通过 lOpiA的电流源充电.GATE引脚的电乐上 升，斜率为1()jM/Ca这种缓慢的充电过程GAIN引脚外接电阻乩；讪用于调节从耕密电 阻R、z 上所取紂的电流检测们号的反馈深度。图4中冇2个功率FET其中，FET1用于阻止 负载的高压故障，如果不需骐超压保护.FET1町以 省如果不需要短路到地的保护，可以省去 FET2.但二者不能同时省去.参考文献1 Linear Technology Co.ETC Duta sheet.20002 仔卡热插拔控制器构成限流电路电产产品