LTC4350實現冗余電源

在電信設備、網絡服務器及分布式電源系統中，采用冗余電源的供電方式是消除電源系統單點故障的主要技術策略。所謂冗余電源，是指多個電源模塊同時承擔系統負荷，而一旦其中某個模塊出現問題而停止供電時，其它模塊便會平均承擔多出來的電源負載。為了提高系統的容錯性和長期連續工作的可靠性，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。以熱插拔負載均分控制器LTC4350為核心構成冗余電源的解決方案，具有設計和制造簡單、穩定可靠的特點。

LTC4350允許系統均衡地使用多個以并聯方式相連的電源模塊，當其中某一電源模塊出現故障時，能夠使故障電源自動從系統中斷開，并進行故障報警。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對電源的負載總線形成沖擊。

一個完整的冗余供電方案，實際上是電源模塊和LTC4350的組合，如圖1所示。其中FET為N溝道功率型場效應管，LTC4350通過將FET的柵極電壓降低到0V，實現對故障電源模塊與負載總線的隔離，以便在開機狀態下更換電源模塊。系統正常工作時，FET是TLC4350調節和穩定電源輸出電壓的執行元件。

如果由n個電源模塊組成的冗余電源陣列中，每一個電源模塊分擔全部負載電流的1/n，則可認為電源模塊之間實現了電流均分。

電流均分的實現原理如圖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行比較，E/A2的輸出通過IOUT模塊調節電源的輸出電壓。使用E/A2模塊的目的是，強制GAIN引腳的電壓與SB引腳的電壓相等。當系統中所有LTC4350的GAIN引腳的電壓與SB引腳的電壓相等時，負載電流就被均分了。

E/A1模塊將負載總線的電壓與參考電壓(REF)進行比較。如果FB引腳的電壓低于參考電壓，則E/A1的輸出通過串聯的二極管對均分總線進行驅動；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，UV引腳的電壓低于鎖定電壓1.220V時，GATE端輸出為0V，FET關斷。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，當該電壓高于1.224V時，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入負載均分，防止了大的浪涌電流進入電源系統。

當電源模塊關閉或拔出時， LTC4350對FET的柵極進行快速放電，UV引腳的電壓將跌落至1.220V以下時，FET關斷，使電源與負載隔離開來。

圖3是一個輸出電壓為5V的熱插拔冗余電源的電路圖，與其并聯的其它電源的結構與之相同。

LTC4350使用SENSE+信號加載到電源上來實現對電源輸出電壓的調節。電阻ROUT和RSET用來設置電壓調整范圍。RSET上的電壓以ROUT/RSET的比率轉換成ROUT上的電壓。因此，輸出電壓的調整將跟蹤RSET引腳上的電壓。

在LTC4350的供電回路中串聯了一阻值為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產生浪涌電流進入負載。

TIMER引腳外部連接的電容CT設置電源插入后向均分負載供電的延時時間。

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

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

熱插拔和冗余技術是電源系統的熱點問題之一， 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，簡化了熱插拔電源的設計，降低了電源的制造成本，提高了設備的易用性和可維護性。■

參考文獻

1 LTC Data sheet. Linear Technology Co.,2000

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