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冗余電源

所謂冗余電源，就是一電源有兩臺(tái)獨(dú)立電源組成，一個(gè)損壞是時(shí)，另一個(gè)啟動(dòng)，一般插拔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

冗余電源是用于服務(wù)器中的一種電源，是由兩個(gè)完全一樣的電源組成，由芯片控制電源進(jìn)行負(fù)載均衡，當(dāng)一個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，另一個(gè)電源馬上可以接管其工作，在更換電源后，又是兩個(gè)電源協(xié)同工作。冗余電源是為了實(shí)現(xiàn)服務(wù)器系統(tǒng)的高可用性。除了服務(wù)器之外，磁盤陣列系統(tǒng)應(yīng)用也非常廣泛。

圖1 冗余電源

UPS電源

UPS，即不間斷電源，有分離線和在線式兩種類型。通俗點(diǎn)講就是市電斷了還能經(jīng)設(shè)備供電一段時(shí)間,轉(zhuǎn)換時(shí)間短或?yàn)镺秒。

UPS的英文全稱為Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy。采用真空紫外源作為激發(fā)源，激發(fā)分子或原子的價(jià)層電子電離，收集激發(fā)電離電子得到光電子能譜。激發(fā)源常用稀有氣體的共振線如He I、He II。它的單色性好，分辨率高。 可用于分析樣品外殼層軌道結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、空態(tài)分布和表面態(tài)，以及離子的振動(dòng)結(jié)構(gòu)、自旋分裂、John-Teller 分裂等方面的信息。

圖2 UPS電源

冗余電源與UPS電源的區(qū)別
   
電源冗余一般可以采取的方案有容量冗余、冗余冷備份、并聯(lián)均流的N+1備份、冗余熱備份等方式。容量冗余是指電源的最大負(fù)載能力大于實(shí)際負(fù)載，這對(duì)提高可靠性意義不大。
   

冗余冷備份是指電源由多個(gè)功能相同的模塊組成，正常時(shí)由其中一個(gè)供電，當(dāng)其故障時(shí)，備份模塊立刻啟動(dòng)投入工作。這種方式的缺點(diǎn)是電源切換存在時(shí)間間隔，容易造成電壓豁口。
   
并聯(lián)均流的N+1備份方式是指電源由多個(gè)相同單元組成，各單元通過(guò)或門二極管并聯(lián)在一起，由各單元同時(shí)向設(shè)備供電。這種方案在1個(gè)電源故障時(shí)不會(huì)影響負(fù)載供電，但負(fù)載端短路時(shí)容易波及所有單元。冗余熱備份是指電源由多個(gè)單元組成，并且同時(shí)工作，但只由其中一個(gè)向設(shè)備供電，其他空載。主電源故障時(shí)備份電源可以立即投入，輸出電壓波動(dòng)很小。

對(duì)于一些需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷操作、高可靠的系統(tǒng)，如基站通信設(shè)備、*設(shè)備、服務(wù)器等，往往需要高可靠的電源供應(yīng)。冗余電源設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵部分，在高可用系統(tǒng)中起著重要作用。冗余電源一般配置2個(gè)以上電源。當(dāng)1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，其他電源可以立刻投入，不中斷設(shè)備的正常運(yùn)行。這類似于UPS電源的工作原理：當(dāng)市電斷電時(shí)由電池頂替供電。冗余電源與UPS的區(qū)別主要是由不同的電源同時(shí)供電,而UPS則是一個(gè)電源供電另一個(gè)則隨時(shí)備用，有需要時(shí)自動(dòng)切換。

傳統(tǒng)冗余電源接法
   
傳統(tǒng)的冗余電源設(shè)計(jì)方案是由2個(gè)或多個(gè)電源通過(guò)分別連接二極管陽(yáng)極，以“或門”的方式并聯(lián)輸出至電源總線上。如圖3所示。可以讓1個(gè)電源單獨(dú)工作，也可以讓多個(gè)電源同時(shí)工作。當(dāng)其中1個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，由于二極管的單向?qū)ㄌ匦裕粫?huì)影響電源總線的輸出。

圖3 傳統(tǒng)冗余電源方案
   
在實(shí)際的冗余電源系統(tǒng)中，一般電流都比較大，可達(dá)幾十A。考慮到二極管本身的功耗，一般選用壓降較低、電流較大的肖特基二極管，比如SR1620～SR1660(額定電流16 A)。通常這些二極管上還需要安裝散熱片，以利于散熱。

使用二極管的傳統(tǒng)方案電路簡(jiǎn)單，但有其固有的缺點(diǎn)：功耗大、發(fā)熱嚴(yán)重、需加裝散熱片、占用體積大。由于電路中通常為大電流，二極管大部分時(shí)間處于前向?qū)Ｊ剑膲航邓鸬墓牟蝗莺鲆暋Ｗ钚航档男ぬ鼗O管也有0．45 V，在大電流時(shí)，例如12 A，就有5 W的功耗，因此要特別處理散熱問(wèn)題。
   
現(xiàn)在新的冗余電源方案是采用大功率的MOSFET管來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電路中的二極管。MOSFET的導(dǎo)通內(nèi)阻可以到幾mΩ，大大降低了壓降損耗。在大功率應(yīng)用中，不僅實(shí)現(xiàn)了效率更高的解決方案，而且由于無(wú)需節(jié)散熱器，所以省了大量的電路板面積，也減少了設(shè)備的散熱源。應(yīng)用電路中MOSFET需要有專業(yè)芯片的控制。目前，TI、Linear等各大公司都推出了一些成熟的該類芯片。