冗余电源原理浅谈

1、冗余电源原理浅谈冗余电源原理浅谈冗余电源原理浅谈冗余电源原理浅谈 中国长城计算机深圳股份有限公司电源事业部 China Great Wall Computer Shenzhen CO.,LTD Power Div 开发部：黄向锋 日 期： 开发部：黄向锋 日 期：2011/8/02 提 纲提 纲 ?冗余开关电源的介绍冗余开关电源的介绍 ?隔离设计方案及线路分析隔离设计方案及线路分析 ?均流设计方案及线路分析均流设计方案及线路分析 ?冗余电源设计的几个注意事项冗余电源设计的几个注意事项 ?冗余服务器的模块化设计冗余服务器的模块化设计 ?冗余电源的前景冗余电源的前景 冗余开关电源的设计冗余开关电源的设计 ?冗余开关电源的介绍冗余开关电源的介绍 一、冗余电源的定义一、冗余电源的定义 冗余电源是指多个电源（冗余电源是指多个电源（N+1方式）同时给同一或多个设备供电，当其中方式）同时给同一或多个设备供电，当其中1个电 源出现故障时，其他电源可以不受其影响，不中断设备的正常运行。 个电 源出现故障时，其他电源可以不受其影响，不中断设备的正常运行。 二、冗余电源的分类二、冗余电源的分类 冗余开关电源

2、的介绍冗余开关电源的介绍 主电源故障时备份电源可以立即投入，输出电压波动很 小，电源成本投入大 电源由多个单组成，并且同时工作 ，但只由其中一个向设备供电，其 他轻载 冗余热备份三 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 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 并联均流的N1 备份二 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，从而导致系统停机。 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 冗余冷备份一 应用优弱分析类型定义类型 三、冗余开关电源的应用三、冗余开关电源的应用 冗余电源常用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、监控设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应。冗余电源 是其中的关部分，在高可用系统中起着重要作用。 冗余电源常用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、监控设备、服务器等，往往需要高可靠的电源供应。冗余电源 是其中的关部分，在高可用系统中起着重要作用。 问题：问题：能否把多个电源的

3、输出电压直接连在一起同时给设备就能达到冗余电源的效果呢？能否把多个电源的输出电压直接连在一起同时给设备就能达到冗余电源的效果呢？ 未做隔离电源间容易产生干扰，严重情况 下可能会引起某一机台炸机或无法开机。 未做隔离电源间容易产生干扰，严重情况 下可能会引起某一机台炸机或无法开机。 冗余开关电源的介绍冗余开关电源的介绍 开关电源的隔离设计开关电源的隔离设计 冗余开关电源隔离线路的设计冗余开关电源隔离线路的设计 ?隔离设计方案及线路分析隔离设计方案及线路分析 一、一、传统冗余电源隔离方案： 1、优点：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，工作可靠性高，不会出现电源间相互干扰。 2、缺点：由于二极管本身压降Vf值较大，从 而会引入两个缺点： V1 Vout 在环路的反馈线上加一个较低Vf的二极 管并于隔离二极管的线路上，从而减 小因隔离二极管引起的电压影响。这 样的线路常在冗余电源的待机线路中 应用。 改善方案改善方案 A：电源输出总线电压 Vout=V1 Vf，当输出电压 Vout*5%小于Vf时，就可能出 现输出电压难调的问题。如 3.3V 0.

4、3V=3.0V小于3.14V C 10 470 U F/C G C 15 470 U F/C G C 9 470 U F/C G R 81 B R81 C R 40 430 R R 47 1K R 90 4.9 9K R 48 1K R 89 N C C 17 470 U F/C G C 18 470 U F/C G R 87 5.1 K D 24 P FR 10V4 5CT R 39 * C 7* U 1A P C1 23 D 35 L11 D 34 B34 0A U 4 T L 4 31 R 86 100 R 7 8 +5V SB * 冗余开关电源隔离线路的设计冗余开关电源隔离线路的设计 因大功率的固有二极管Vf一般都在0.3V以上，我们 只有加散热片等方式来弥补其先天性缺陷。 B：在实际的冗余电源系统中 ，一般电流都比较大,因而电流 经过二极管的固有功耗 就会很大。 IoutVf =P 改善方案改善方案 采用低功耗的大功率的MOSFET管来代替传统电路 中的二极管。 二、二、采用分离器件+ MOS管方式做冗余电源隔离方案： 1、线路图及工 作原理： SG N D C19 2.2

5、U F Z D 2 12V R51 2.2 1K R57 47K Q 18 PM BT 440 3 R52 2.2 1K R62 20K C21 N C R58 47K Q 2 PM BT 440 1 Q 3 PM BT 440 1 R23 4.7 R C24 10N F Q 24 015 N 04N Q 25 015 N 04N R54 100 K Q 20 2N 7 002 C40 1 5 0 0 U F /1 6 V +12 V O U T PW O K +18 V +12 V in R1 N C D19 R58 Q2 R23 4.7R R20 Q24 RD S(on) +12VOUT VC CM +12 VF Va VbVc D 19 R58 Q 2 R54 100 K +12 V O U T V C CM +12 V F V a V bV c A、当顺流时、当顺流时Va=Vc+Vd=Vq+Vr,因为因为Q2导通条件：导通条件：Va-VbVd,但这里但这里Va-VbVb, Vb =Vc, VaVc，单机状态下均流电路不误动作 （1）、线路图 C B 7 D B 5 R B 3

6、1 10 9 8 U B 2 C 5 6 7 411 U B 2 A R B 1 6 R B 2 5 R B 1 9 C B 5 D B 6 R B 2 1 R B 1 4 R B 1 5 R B 1 7 C B 6 C B 1 3 Q B 2 R F 3 1 R B 4 1 VC CM Ref VC CM 采样 电压 流母 线均 Vb Va Vc （3）、RB31的选择 RB31决定均流电路完全动作时机台最大调节电压 冗余开关电源均流设计方案及线路分析冗余开关电源均流设计方案及线路分析 （四）、线路调试过程中的问题及改进： 2、引入负电平补偿后引起快速AC ONOFF时CS-BUS干扰问题 1、取样线路元件内部差异引起均流效果误差大：（1） 引入补偿（2）采样高精度的采样元件 10 9 8 U B 2 C L M 2 902 12 13 14 U B 2 D L M 2 902 R B 2 5 M F2 4K R B 2 8 1K D B 6 1N 4 148 C B 1 1 104 R B 2 7 205K R B 2 9 1K R B 2 6 200K C B 1 2 104 R

7、 B 2 4 M F3 6K C B 1 0 104 R B 3 9 M F3 .3K R B 3 7 1K R B 3 5 300R R B 3 8 820R R B 3 6 300R -5V R B 3 4 1.2K R B 3 3 1.2K 3.3 V F3.3 V G +2.5V R B 4 1 47R R 91 2K R 92 200K R 93 100K R B 4 0 47R Q B 3 2N7 002 D B 8 R B 55 1V-30 Q 8 2N7 002 D 39 1N 4 148 Q B 4 2N 7 002 R B 3 7 1K R B 3 5 300R R B 3 8 820R R B 3 6 300R -5V G R B 3 4 1.2K R B 3 3 1.2K D 38 1N4 148 +2.5V +5V SB PGO 均流 母线一次 补充 电压 通过及时清除单机均流母线电压及通 过PG信号启动单机均流线路的方 式，达成改善均流母线在AC ONOFF产生干扰问题。 CF 7 104 D F 5 1N4 148 RF1 3 9.1K 10 9 8 U

8、F2 C L M 2 902 5 6 7 411 U F2 A L M 2 902 RF 1 6 150K RF 1 8 1M RF 2 0 M F6 .8K RF 2 5 M F1 5K RF1 9 1.5M RF2 3 10K CF 5 105 D F6 1N4 148 CF9 104 RF 2 2 10R RF 2 1 30KRF 1 4 9.1K RF1 5 15K CF 1 0 104 CF8 104 RF1 7 100K CF 6 105 CF3 105 Q F 2 2N4 401 D F7 1N4 148 RB3 2 10R RF4 2 220R D F 9 R B 55 1V VC CM VC CM sha re VC CM +2.5VRE F +5V B +5V A 1 2 34 5 UP2 FP130AK R Vcc R P 8 M F2 00K R P 5 M F1 K R P 6 M F1 K R P 7 M F1 K 冗余开关电源均流设计方案及线路分析冗余开关电源均流设计方案及线路分析 UC3902线路解析： B、采用TI 的UC3902或ST 的L6615均

9、流控制器方案： （2）、CS-BUS信号的采样线路： （1）、信号采样线路(A)电流互感器方式（B）Sense电阻 （4）、反馈环路调整线路： （3）、CS-BUS信号补偿线路： ?冗余电源设计的几个注意事项冗余电源设计的几个注意事项 冗余开关电源设计的几个注意事项冗余开关电源设计的几个注意事项 一、可调电阻在冗余电源线路上的应用： A、由于可调电阻本身构造的问题请勿在单回路中使用，使用可调电阻时请 在其线路上并一电阻以提高其可靠性。 D F 2 D F 1 Q F 1 R F 1R F 2 R F 3 R F 4 R F 5 R F 6 R F 0 R F 7 R F 3 0 C F 1 C F 2 IC F 1 R F 1 1 C F 1 3 R F A 5VD 5Vsense 5VD 5VB D F 2 D F 1 Q F 1 R F 1R F 2 R F 3 R F 4 R F 5 R F 6 R F 0 R F 7 R F 3 0 C F 1 C F 2 IC F 1 R F 1 1 R F 1 2 C F 1 3 R F A 5VD 5Vsense 5VD 5VB D F 2 D F 1 Q F 1 R F 1 4 R F 1R F 2 R F 3 R F 4 R F 5 R F 6 R F 0 R F 7 R F 3 0 C F 1 C F 2 IC F 1 R F 1 1 R F 1 2 C F 1 3 R F A 5VD 5Vsense 5VD 5VB B、可调电阻不管是SMD类还是DIP类请勿过锡炉，防止高温变形和松香干扰。 C、可调电阻在线路中调试OK后请勿记点胶固定，防止运输抖动干扰。 正确的应用 及 冗余开关电源设计的几个注意事项冗余开关电源设计的几个注意事项 二、连接器设计在冗余电源插拔时序上的应用： 1、不良现象： 单机带电快速插拔瞬间，偶尔出现其他运行机台停机现象 2、原因分析： 机台插拔瞬间，所插拔机台的信号线瞬间断开，环路反馈开路引起插拔机台输出电平异常， 从而干扰其他运行机台。 信号输出点与电平输出点长度一样改善信号输出点与电平输出点及接地点长度不一样 3、时序改善状况： 接触时序：电源地-信号连接点-输出电平点-PS-ON点 脱离时序：PS-ON点-输出电平

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