【龙腾原创】工业电源冗余设计-工业模块电源/电力电源-世纪电源网社区

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2014-6-18 23:58:51

工业电源冗余设计

目前主流的通信设备均采用双电源冗余供电，输入一般比较常见的输入的电压为直流24V、48V或者交直流110V,220V。通过模块电源（AC-DC，或者DC-DC）隔离变换到12-48V，由冗余芯片合并到一路接入片上DC-DC。下面是一个冗余的电路的整体框图：

通信设备隔离模块的选择
根据通信设备电源输入范围、温度范围、EMC性能、电源的基本性能、品牌知名度等选择。
现在隔离电源模块主流的制造商主要有：
1. 美国的Vicor，Power-One；瑞典的Ericsson；法国的Gaia；德国Recom等；
2. 日本厂家:日本三大模块电源供应商，Tdk-lambda，Cosel，Murata-Ps；
3. 台湾厂家: P-duke，Arch，Meanwell，Umec等；
4. 中国大陆厂家：深圳核达中远通，深圳瑞谷，深圳金威源，深圳东辰，广州金升阳，广州赛思德，上海惠桑，北京新雷能，艾默生网络能源等。根据需求不同，选择适合厂家的电源。

通信设备片上冗余和片上DC-DC电源的选择
作为用于电力配网或者变电站的电源，未来保证系统的绝对可靠性，一般选择凌特、TI等厂家的电源芯片。
下面就凌特的LTC4352IMS#PBF和LTC3850GN组成的冗余电源和板上DC-DC作简单的介绍。
LTC4352 采用一个外部 N 沟道 MOSFET 产生一个近理想的二极管。它可替代一个高功率肖特基二极管和相关联的散热器，从而节省了功率和电路板面积。理想二极管功能实现了低损耗电源 “或” 和电源保持应用。
LTC4352 负责调节 MOSFET 两端的正向电压降，以在二极管 “或” 应用中确保平滑的电流转换。快速接通减小了电源切换期间的负载电压降。如果输入电源发生故障或被短路，则快速关断将最大限度地减小反向电流。
该控制器可采用 2.9V 至 18V 的工作电源。当电压较低时，需要在 VCC 引脚上布设一个外部电源。在欠压或过压条件下，电源通路被禁用。这款控制器还具有一个开路 MOSFET 检测电路，如果在接通状态中传输晶体管两端的电压降过大，则该检测电路将发出指示信号。一个 REV 引脚用于启用反向电流，在需要的时候可取代二极管的作用。
下面是两片LTC4352组成双冗余电路：

采用此芯片既可以实现低压的双冗余输入，又可以大大的减小损耗。
另外，LTC3850GN 是一款高性能、双通道同步降压型开关稳压控制器，用于驱动全 N 沟道功率 MOSFET 级。该器件所运用的一种恒定频率电流模式架构提供了一个高达 780kHz 的可锁相频率。通过使两个控制器输出级异相操作，最大限度地降低了功率损失和电源噪声。
OPTI-LOOP补偿使得能够在一个宽输出电容和 ESR 数值范围内优化瞬态响应。LTC3850GN 具有一个精准的 0.8V 基准和一个电源良好输出指示器。其 4V 至 30V 的宽输入电源范围涵盖了大多数电池化学组成和中间总线电压。
用于每个控制器的独立 TK/SS 引脚负责在启动期间使输出电压斜坡上升。电流折返可以对短路条件下的 MOSFET 热耗散加以限制。MODE/PLLIN 引脚负责在突发模式 (Burst Mode) 操作、脉冲跳跃模式或连续电感器电流模式之间进行选择，并允许将该 IC 同步至一个外部时钟。
下面由一片LTC3850GN组成的DC-DC电路图：

根据板上DC电压的路数和电流需求，可以由一片或者多片LTC3850GN组成多路DC-DC来满足板上的需求。同时可以根据需求每路可以输出0-20A的电流。
上述简要的介绍了工业以太网的电源系统的设计。

		2 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-6-19 08:33:29
		你确定这是你的原创？百度都能搜到一模一样的东西。回复 \| 举报 \|

			3 Coming.Lu Coming.Lu 离线 LV7 版主积分：50193 \| 主题：39 \| 帖子：15999 访问空间发消息积分:50193 版主 2014-6-19 09:03:50
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				4 後會絠萋後會絠萋离线 LV7 版主积分：9358 \| 主题：195 \| 帖子：2538 访问空间发消息积分:9358 版主 2014-6-19 09:42:17
				回复 \| 举报 \|

					5 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-19 09:50:37
					这是一个凌特方案，稳定性很好，适用于高端工业场合12V输入双电源冗余设计，后级DC-DC 也很稳定。回复 \| 举报 \|

						6 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-6-19 10:03:59
						我的意思是，这是你的原创吗？回复 \| 举报 \|

		7 化二为一化二为一离线 LV8 副总工程师积分：2929 \| 主题：113 \| 帖子：1149 访问空间发消息积分:2929 LV8 副总工程师 2014-6-19 10:49:56
		可靠性要求高的场合，我们均做冗余设计回复 \| 举报 \|

			8 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-19 11:29:51
			晚上上原理图，这个确实是我原创。回复 \| 举报 \|

				9 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-6-19 11:54:48
				这是你哪年的产品中用到的？回复 \| 举报 \|

					10 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-19 12:10:53
					2010-13 回复 \| 举报 \|

						11 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-19 12:14:29
						目前双冗余有好几种方案，大家也可以一起讨论一哈。 1.就是上面这种方案，不是完全均流方案； 2.就是冗余均流方案，这种方案成本更高； 3.就是二极管并联方案，这种成本最低，多少公司使用的方案。回复 \| 举报 \|

							19 化二为一化二为一离线 LV8 副总工程师积分：2929 \| 主题：113 \| 帖子：1149 访问空间发消息积分:2929 LV8 副总工程师 2014-6-20 09:48:22
							工控领域，一般使用两个开关电源，通过OR的逻辑关系（包含二极管并联方案），实现冗余，但是不要求均流。回复 \| 举报 \|

						12 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-6-19 12:48:38
						不好意思，那我可能是我错了，向你道歉。回复 \| 举报 \|

							13 海山海山离线 LV6 高级工程师积分：1563 \| 主题：17 \| 帖子：145 访问空间发消息积分:1563 LV6 高级工程师 2014-6-19 14:49:34
							表示对冗余电源感兴趣，关注回复 \| 举报 \|

								14 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-19 22:14:15
								上电路图了，欢迎大家一起讨论。 switch main BOARD _ 02 POWER.pdf 回复 \| 举报 \|

									15 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-19 23:54:32
									1.传统冗余方案：传统的冗余电源设计方案是由2个或多个电源通过分别连接二极管阳极，以“或门”的方式并联输出至电源总线上。如图1所示。可以让1个电源单独工作，也可以让多个电源同时工作。当其中1个电源出现故障时，由于二极管的单向导通特性，不会影响电源总线的输出。使用二极管的传统方案电路简单，但有其固有的缺点：功耗大、发热严重、需加装散热片、占用体积大。由于电路中通常为大电流，二极管大部分时间处于前向导通模式，它的压降所引起的功耗不容忽视。最小压降的肖特基二极管也有0．45 V，在大电流时，例如12 A，就有5 W的功耗，因此要特别处理散热问题。回复 \| 举报 \|

										16 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-19 23:56:56
										2。新型冗余方案：现在新的冗余电源方案是采用大功率的MOSFET管来代替传统电路中的二极管。MOSFET的导通内阻可以到几mΩ，大大降低了压降损耗。在大功率应用中，不仅实现了效率更高的解决方案，而且由于无需散热器，所以节省了大量的电路板面积，也减少了设备的散热源。应用电路中MOSFET需要有专业芯片的控制。目前，TI、Linear等各大公司都推出了一些成熟的该类芯片。回复 \| 举报 \|

											17 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-19 23:59:59
											3。新型冗余电路为何要使用单MOSFET和双MOSFET：　在冗余电源的应用电路中，MOSFET的连接方向与常规不同。以N沟道管为例，连接电路应如图3所示。如果电源输入电压高于负载电源电压，即Vi>Vout，电流由Vi流向Vout。由于是冗余电源应用，负载电源电压Vout可能会高于电源输入电压Vi，这时由外部电路控制MOSFET栅极关断源、漏通路，同时由于内部二极管的反向阻断作用，使负载电源不能倒流回输入电源。　如果需要通过控制信号直接控制关断MOSFET通路，上述的单管就无法实现，因为关断MOSFET沟道之后，内部的二极管还存在单向通路。这时需要如图4所示的2个背靠背反向连接的MOSFET电路，只有这样才能主动地关断电流通路。回复 \| 举报 \|

liaozhaocheng

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2014-6-20 18:41:38

期待精彩的讲解。

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2014-6-21 01:41:34

4.简单的冗余电源方案
使用Linear公司的LTC4416可以设计1个简单的2路电源冗余方案，如图5所示。图中用1个LTC4416芯片连接2个外置P沟道MOSFET控制2路电源输入，是非常简单的方案。它使用2个MOSFET代替2个二极管实现了“或”的作用，MOSFET的压降一般为20～30 mV，因此功率损耗非常小，不会产生太多热量。

该电路的工作原理是，LTC4416在2路输入电源的电压相同(差值小于100 mV)时，通过G1、G2控制2个MOSFET同时导通，使2路输入同时给负载提供电流。当输入电源电压不同时，输出电源电压可能高于某路输入电源电压，这时LTC4416可以防止输出向输入倒灌电流。这是因为芯片一直监测输入与输出之间的电压差，当输出侧电压比输入侧电压高25 mV时，芯片控制G1或G2立即关断MOSFET，防止电流倒流。在防止倒流方面，其他控制芯片也是类似的原理。

LTC4416还有2个控制端E1、E2，可以用外部信号主动控制2路电源的通断，也可以通过电阻分压来监测输入电压的高低，来控制某路电源的导通。具体方法可参阅芯片数据手册。该芯片也适合于1路输入电源电压高、1路输入电源电压低的应用，如“电源+电池”的应用。需要注意的是，要让芯片主动去关断1路电源，外部MOSFET必须使用“背靠背”的方案。

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2014-6-21 20:47:24

5.具有均流效果的冗余电源方案
在对于高要求的双电源系统中，若要使不同的输入电源同时承担负载电流(即均流控制)，需要外加一个前提，即各输入电源的电压能够通过控制信号被外部调节，以达到各电源电压基本相同的目的。通过LTC4370控制这种电源，可以实现均流的功能。图中“SHARE BUS”是各芯片共用的分配总线，该电路主要通过检测电源通路上的电流来调节输入电源的电压，达到各模块均衡提供电流的目的。

上图中通过2m欧电阻实现两路均流的作用。

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2014-6-21 20:50:59

这里给大家提供一个学习，讨论的帖子，供大家各抒己见。

小凡凡

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2014-6-21 22:42:16

这种帖子比较少

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2014-6-25 21:44:10

6.带过、欠压检测的多电源冗余电源方案由2个P12121芯片构成的带过压、欠压检测的双路冗余电源方案。P12121为Vicor(怀格)公司的一款电源冗余专用芯片，由于其内部集成有24 A、1．5 mΩ的MOSFET，因此外部电路非常简单。芯片OV为过压检测引脚，高于0．5 V时MOSFET自动切断；UV为欠压检测引脚，低于0．5 V时MOSFET切断，FT为状态输出引脚，VC为芯片工作电源引脚。使用P12121也可以灵活地构成多路输入电源方案。
同时多个PI2121可以并联设计。

									18 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-6-20 08:13:04
									说是在的，我很好奇，你这个原理图也不过是将原来帖子里的两个图粘贴下来了而已，而你其余所有的部分都是从网络上复制粘贴下来的，这真的是你的原创？回复 \| 举报 \|

										20 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-20 10:24:03
										你要怎么证明，我晚上把上面文档的word格式，原理图的orcad格式的资料全放上去。难道网上截的图可以合并为一个清晰的pdf文档。回复 \| 举报 \|

											22 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-21 01:34:58
											发个完整的word格式工业电源冗余设计.doc 的文档，方法大家下载学习。回复 \| 举报 \|

											24 zhaohua2764 zhaohua2764 离线 LV10 总工程师积分：11183 \| 主题：40 \| 帖子：3774 访问空间发消息积分:11183 LV10 总工程师 2014-6-21 07:57:08
											支持原创！再创作，只要汇入自己的思想，也应该算原创吧？至于引用，可以注名出处，如果是常识，这个就没必要了。太多的复制粘贴，让大家都不相信“手打”了，连是不是原创，都画了个问号。我也搞复制粘贴，但一般是常识或者已有论述说明，但大多时候都是手打字。回复 \| 举报 \|

ipod5566

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2014-6-21 10:48:22

原创让我想起了文艺界的郭敬明、影视圈的于正。
天下文章一大抄，关键看你抄的高不高

zhaohua2764

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2014-6-21 11:30:34

抄得不着笔墨，不着痕迹？

YTDFWANGWEI

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2014-6-21 11:41:16

我就是这个意思。

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2014-6-21 20:27:29

对于质疑，网上搜索的原创者就是我。

DESIGN8.zip
发的文档供大家学习学习。如果大家再不相信，我也没办法了。

小凡凡

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2014-7-1 22:47:44

多讲讲啊，这样的知识一般都接触不多。

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2014-6-21 20:34:51

大家有空可以看看我在别的网站发的博客。大家就明白了的。
http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_15099.HTM

flowerhuanghua

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2014-6-21 20:37:01

http://forum.eet-cn.com/BLOG_ARTICLE_15102.HTM

		25 ipod5566 ipod5566 离线 LV6 高级工程师积分：602 \| 主题：7 \| 帖子：190 访问空间发消息积分:602 LV6 高级工程师 2014-6-21 10:45:44
		之前接触过一个项目，通信系统经常会采用双电源备份设计。回复 \| 举报 \|

			35 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-22 02:02:40
			一般比较重要的通信系统才使用吧。回复 \| 举报 \|

				36 ncp1031 ncp1031 离线 LV8 副总工程师积分：2825 \| 主题：30 \| 帖子：1096 访问空间发消息积分:2825 LV8 副总工程师 2014-6-22 10:11:19
				双电源备份是很正常的吧！回复 \| 举报 \|

		37 铁板牛柳铁板牛柳离线 LV6 高级工程师积分：406 \| 主题：8 \| 帖子：134 访问空间发消息积分:406 LV6 高级工程师 2014-6-22 14:43:12
		好吧，我只做过两套保护的，倒是没做过两套电源供电的，学习下。回复 \| 举报 \|

			39 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-6-25 21:45:17
			同事大家可以讨论高压并联冗余设计，例如48V，或者110V，220V。回复 \| 举报 \|

				40 海山海山离线 LV6 高级工程师积分：1563 \| 主题：17 \| 帖子：145 访问空间发消息积分:1563 LV6 高级工程师 2014-6-30 16:56:37
				如果冗余电源就是两个模块并联使用，那普通电源也可以并联使用啊回复 \| 举报 \|

					41 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-6-30 17:03:51
					普通电源并联，输出不会均流。回复 \| 举报 \|

						43 海山海山离线 LV6 高级工程师积分：1563 \| 主题：17 \| 帖子：145 访问空间发消息积分:1563 LV6 高级工程师 2014-7-2 22:54:25
						里面加个均流芯片就可以了是吧？回复 \| 举报 \|

							44 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-7-3 00:41:23 倒数10
							是的。LTC4370是均流芯片。冗余至少都需要两个片子。回复 \| 举报 \|

								45 flowerhuanghua flowerhuanghua 离线 LV6 高级工程师积分：1137 \| 主题：60 \| 帖子：107 访问空间发消息积分:1137 LV6 高级工程师 2014-7-3 02:18:30 倒数9
								对于110V，220V冗余，就不采用冗余芯片了，采用芯片采样，检测，判断等多种方式实现两个电源的切换，就需要采样精度，策略，控制精准度。回复 \| 举报 \|

									46 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-7-3 08:21:08 倒数8
									看你是采用的什么冗余方式，一般来说像220V的电力操作电源，都是采用热备份，也就是模块均流工作的方式，而不会是电源切换。回复 \| 举报 \|

										47 海山海山离线 LV6 高级工程师积分：1563 \| 主题：17 \| 帖子：145 访问空间发消息积分:1563 LV6 高级工程师 2014-7-6 18:11:31 倒数7
										我见过一款220V的电力电源，均流芯片采用的L6615 回复 \| 举报 \|

											48 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-7-7 08:33:55 倒数6
											l6615就是一款用于控制模块均流的IC。回复 \| 举报 \|

		49 sncms7 sncms7 离线 LV6 高级工程师积分：494 \| 主题：6 \| 帖子：82 访问空间发消息积分:494 LV6 高级工程师 2014-9-1 15:54:06 倒数5
		学习中回复 \| 举报 \|

			50 power_hh power_hh 离线 LV6 高级工程师积分：412 \| 主题：2 \| 帖子：20 访问空间发消息积分:412 LV6 高级工程师 2014-9-1 18:20:21 倒数4
			冗余电源在工业应用中很重要。回复 \| 举报 \|

				51 YTDFWANGWEI YTDFWANGWEI 在线 LV7 版主积分：109868 \| 主题：142 \| 帖子：45923 访问空间发消息积分:109868 版主 2014-9-2 08:51:44 倒数3
				电力电源、通讯电源，现在都是冗余设计。回复 \| 举报 \|

					52 ruohan ruohan 在线 LV8 副总工程师积分：7522 \| 主题：21 \| 帖子：1106 访问空间发消息积分:7522 LV8 副总工程师 2014-9-23 15:10:35 倒数2
					你上面讲到的那个IC是不是本身就具有均流的功能，有没有大带你电流的，5V40A多电源并接均流有没有合适的方案来做， MOS做的如果那个MOS被烧短路的情况下，是不是就很麻烦了，回复 \| 举报 \|

		53 yanl0306 yanl0306 离线 LV6 高级工程师积分：406 \| 主题：6 \| 帖子：63 访问空间发消息积分:406 LV6 高级工程师最新回复 2014-9-28 20:58:02 倒数1
		冗余设计很常见，有N+1、N+N的。想不通这帖子怎么会置顶 @admin 回复 \| 举报 \|