LTC4350实现冗余电源

在电信设备、网络服务器及分布式电源系统中，采用冗余电源的供电方式是消除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为核心构成冗余电源的解决方案，具有设计和制造简单、稳定可靠的特点。

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。

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。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。■

参考文献

1 LTC Data sheet. Linear Technology Co.,2000

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