讲解冗余电源与UPS电源的区别

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摘要

电源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷备份、并联均流的N+1备份、冗余热备份等方式。容量冗余是指电源的最大负载能力大于实际负载,这对提高可靠性意义不大。  冗余冷备份是指电源由多个功能相同的模块

电源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷备份、并联均流的N+1备份、冗余热备份等方式。容量冗余是指电源的最大负载能力大于实际负载,这对提高可靠性意义不大。

冗余冷备份是指电源由多个功能相同的模块组成,正常时由其中一个供电,当其故障时,备份模块立刻启动投入工作。这种方式的缺点是电源切换存在时间间隔,容易造成电压豁口。

并联均流的N+1备份方式是指电源由多个相同单元组成,各单元通过或门二极管并联在一起,由各单元同时向设备供电。这种方案在1个电源故障时不会影响负载供电,但负载端短路时容易波及所有单元。冗余热备份是指电源由多个单元组成,并且同时工作,但只由其中一个向设备供电,其他空载。主电源故障时备份电源可以立即投入,输出电压波动很小。

UPS是不间断电源(uninterruptible power system)是能够提供持续、稳定、不间断的电源供应的重要外部设备。 UPS按工作原理分成后备式、在线式与在线互动式三大类。 UPS电源类似一台这样的机器,它在市电停止供应的时候,能保持一段供电时间,使人们有时间存盘,再从容地关闭机器。

对于一些需要长时间不间断操作、高可靠的系统,如基站通信设备、*设备、服务器等,往往需要高可靠的电源供应。冗余电源设计是其中的关键部分,在高可用系统中起着重要作用。冗余电源一般配置2个以上电源。当1个电源出现故障时,其他电源可以立刻投入,不中断设备的正常运行。这类似于UPS电源的工作原理:当市电断电时由电池顶替供电。冗余电源与UPS的区别主要是由不同的电源同时供电,而UPS则是一个电源供电另一个则随时备用,有需要时自动切换。

传统冗余电源接法

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。

在实际的冗余电源系统中,一般电流都比较大,可达几十A。考虑到二极管本身的功耗,一般选用压降较低、电流较大的肖特基二极管,比如SR1620~SR1660(额定电流16 A)。通常这些二极管上还需要安装散热片,以利于散热。

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。

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,而且由于无需节散热器,所以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。

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