工程师该如何选择电源？

让我们共享负载吧

二极管“或”是一种“赢家通吃”型系统，在这种系统中，电压最高的电源提供全部负载电流。如果两个电源均等地向负载供电，将热量压力一分为二共同承担，那么电源系统的可靠性会大幅提高，电源的寿命也可得到延长。然而，许多调节电源的负载共享电路受到了环路振荡的困扰。与电源变化互动的负载共享控制环路使问题变得复杂了。在这里利用理想二极管概念可以解决问题。通过调节理想二极管压降，补偿电源电压之差，可以使两个理想二极管的输出电压相等。在这两个相等的点和共享负载之间加入检测电阻器，可确保两个电源流出的电流相等或成一定比例。LTC4370二极管“或”均流控制器采用了这种针对两个电源的均流方法（参见图3）。这种方法可补偿高达600mV的电源电压之差，这意味着两个12V电源具有±2.5%的容限，或两个5V电源具有±6%的容限。


图3：LTC4370在两个二极管“或”连接的12V电源之间均衡10A负载电流。通过调节MOSFET压降来补偿电源电压失配，以实现均流。

不同的电源

在上述的服务器例子中，两个电源相同时，二极管“或”和负载共享方法非常适用。但是这些方法不适合电池供电系统，在这类系统中，输入来自电池、交流适配器或5V USB电源，也就是说，这些电源的标称电压差异甚大。在有些情况下，还会涉及超级电容器备份电源。因此，需要一种更加通用的解决方案，而不是简单地通过衡量电源电压高低来工作。这种解决方案称为优先级供电处理器。该解决方案的基础是，电池供电系统的电源有一个优先顺序。通常情况下，交流适配器排在最前面，只要存在交流适配器，系统就从交流适配器吸取功率。每一种电源都必须有一个确定的有效电压范围（以检测该电源的存在）和优先级。如果某种电源存在，就会按照它的优先级考虑是否用它给系统供电。LTC4417优先级选择器根据3个电源的有效电压窗口和优先级作出选择，仅将其中之一连接到输出（参见图4）。小心切换以免将两个电源连到一起，仅在输出电压低于输入电压时才将电源连接到输出。这最大限度地减小或消除了流回电源的反向电流。另外，这么做还实现了受控的快速切换，以限制输出电压下降和浪涌电流。


图4：LTC4417 3电源优先级供电处理器。

结论

视系统中采用的电源种类的不同而不同，首先需要为电源多路复用选择合适的解决方案。可选择的方案是二极管“或”（有或没有负载共享）和优先级供电处理器。不论选择哪种方法，选择正确的电源给负载供电都需要仔细设计，以避免毁掉整个系统。流回到电源的反向电流和输出电压下降要尽量减小，以避免引起电源之间来回振荡性地切换。本文介绍的这些解决方案以简练的方法解决了这些问题。