电源系统 ORing 的基本原理VIP免费

电源系统ORing的基本原理为您的便携设备、刀片服务器以及电信交换机寻找适用的ORing功能以及技术作者：MartinPatoka，德州仪器(TI)工程总监许多现代设备和系统都要求带有冗余设计、电源容量总计或者多电源选择功能的电源架构。在本文中，这些功能一般来说是指ORing。使用ORing的系统非常普遍，规格和复杂性多种多样。这包括诸如便携式设备、刀片服务器、电信交换机之类的系统。一旦应用中要求有超过一个以上的单电源时，电源组合、选择、热插拔及总线保护之类的问题就出现了。由于故障、短路、热插拔或者拆卸器件，没有带保护功能的并联电源就会导致运行中断的现象。虽然这些功能与典型的浪涌和故障保护热插拔功能相类似，但它们在位置和操作中却明显不同。这样的ORing功能最初是由半导体二级管来完成的，而且在一些应用中仍然是最好的解决方案。随着MOSFET的进一步的发展，它们已成为较高性能解决方案的基础。在许多情况下，都必须把多个电源组合起来为负载供电。在高功率系统中（例如：刀片服务器或基于机架的电信系统），为了提高灵活性、冗余或者一个N＋1结构中的电容量，可能会具有多个电源组合。一般而言，在系统处于工作状态时（可热插拔）这些电源均为可替换的，而且是采用电路卡的形式。另一个例子是一个可能由交流电适配器、USB或者电池电源供电的设备。ORing架构电源组合的拓扑如图1所示。二级管符号可能以半导体二极管的形式来实现，或由一个较高性能的功能模块来实现。从物理层面来说，ORing可以被置于数个地方。如果聚合在B线的左边，那么ORing可以被放置在电源中。如果置于A线和B线之间，那么ORing同样可以被放置在背板或者中间板上。最后，如果置于A线的右边，那么ORing则可以被放置在负载中。图1、多个电源输入通过阻滞短路输出电源转换单元，以及在系统运行期间连接单元时隔离其放电输出电容器，ORing可以保护负载总线。有源或者无源负载共享通常被用于带有N＋1冗余设计的系统中，以此来保持所有电源转换模块在线。由于固有电阻的原因，ORing实施有助于支持无源共享。带有不同电源的应用可能不会要求在这些电源中共享，而只是简单地运行于最高电源电压上。当连接其它输入电源时，ORing在保护总线免于短路和瞬态变化损害的同时选择最高电压源。图2显示了一个带有ORing的冗余电源拓扑，该ORing聚合于一个子系统或者插件模块中。这个拓扑与图1稍有不同，图1中的冗余总线能够被多负载共享。提高由独立电源和总线结构产生的正常运行时间，ORing在允许每一个负载受益于该时间的同时对总线进行保护。正常运行期间，允许负载运行于任意一条总线或者两条总线上的同时，ORing器件必须保护每一条总线不受冗余总线短路的损害。由于负载位于ORing功能的低阻抗端，各单元具有一些热插拔形式和电流限制是很重要的。通常，这种拓扑出现在高端系统中，例如：电信或者服务器应用，其ORing电压可以为-48伏、12伏中轨或者诸如5伏的低电压，但同样可能是一个带多电源输入的应用。图2、冗余电源馈入ORingMOSFET图3为一个ORingMOSFET和一个等效分立二极管工作范围的图解比较。当IFL*RDSON（IFL为满负载电流）小于二极管正向电压时，MOSFET具有优势。在一个0.5V的肖特基二极管中，一个20A负载可能会消耗10W的功耗，但是在一个2.5mΩ-RDSON的MOSFET中仅仅消耗1W的功耗。本例中，MOSFET的压降仅为50mV。图3、MOSFET工作范围如图4所示，MOSFET要求一些控制来对二极管的功能进行模拟。当需要达到最佳性能和最低成本时要采用N通道MOSFET，而在小型电池供电的设备中需要最低静态电流时则要采用P通道器件。在理想电流方向中，使用固有主体二极管对MOSFET进行配置。至于电源，控制必须对MOSFET栅极进行高电平驱动，当VAC为正时增强MOSFET通道。这样就在电源与内部二极管并联的负载之间创建出一条低电阻路径。相反地，当VAC为负时，栅极必须被驱动至源极或低于源极电压以阻止流经通道的反向电流。图4、ORing实施一旦存在有源控制，就可以实现一些分立半导体器件无法实现的功能，这些特征包括：�选择性开/关阈值�开/关速度控制�迫使栅极关闭，以进行测试和阻塞应用�开关状态报告�短路栅极报告...