對于一些需要長時間不間斷操作、高可靠的系統，如基站通信設備、監控設備、服務器等，往往需要高可靠的電源供應。冗余電源設計是其中的關鍵部分，在高可用系統中起著重要作用。冗余電源一般配置2個以上電源。當1個電源出現故障時，其他電源可以立刻投入，不中斷設備的正常運行。這類似于UPS電源的工作原理：當市電斷電時由電池頂替供電。冗余電源的區別主要是由不同的電源供電。 電源冗余有交流220 V及各種直流電壓的應用，本文主要介紹低壓直流（如DC 5 V、DC 12 V等）的冗余電源方案設計。

　　傳統冗余電源方案

　　傳統的冗余電源設計方案是由2個或多個電源通過分別連接二極管陽極，以“或門”的方式并聯輸出至電源總線上。。可以讓1個電源單獨工作，也可以讓多個電源同時工作。當其中1個電源出現故障時，由于二極管的單向導通特性，不會影響電源總線的輸出。

　　在實際的冗余電源系統中，一般電流都比較大，可達幾十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。

　　簡單的冗余電源方案

　　使用Linear公司的LTC4416可以設計1個簡單的2路電源冗余方案，如圖5所示。圖中用1個LTC4416芯片連接2個外置P溝道MOSFET控制2路電源輸入，是非常簡單的方案。它使用2個MOSFET代替2個二極管實現了“或”的作用，MOSFET的壓降一般為20～30 mV，因此功率損耗非常小，不會產生太多熱量。

　　該電路的工作原理是，LTC4416在2路輸入電源的電壓相同（差值小于100 mV）時，通過G1、G2控制2個MOSFET同時導通，使2路輸入同時給負載提供電流。當輸入電源電壓不同時，輸出電源電壓可能高于某路輸入電源電壓，這時LTC4416可以防止輸出向輸入倒灌電流。這是因為芯片一直監測輸入與輸出之間的電壓差，當輸出側電壓比輸入側電壓高25 mV時，芯片控制G1或G2立即關斷MOSFET，防止電流倒流。在防止倒流方面，其他控制芯片也是類似的原理。

　　LTC4416還有2個控制端E1、E2，可以用外部信號主動控制2路電源的通斷，也可以通過電阻分壓來監測輸入電壓的高低，來控制某路電源的導通。具體方法可參閱芯片數據手冊。該芯片也適合于1路輸入電源電壓高、1路輸入電源電壓低的應用，如“電源+電池”的應用。需要注意的是，要讓芯片主動去關斷1路電源

　　另外，使用TI公司的TPS2412可以構成多路輸入電源方案，這種方案需要為每路輸入電源配置1片TPS2412。如圖6所示，每個芯片通過外部控制1個MOSFET來模擬1個二極管的“或輸入”。芯片的A、C引腳分別為輸入、輸出電源電壓檢測引腳，VDD為芯片供電電源，RSET通過配置不同的外接電阻來調節MOS-FET導通的速度，也可以懸空。由該芯片可以構成多于2路的電源冗余方案。

　　該電路給采用更低RDS（on） 的MOS管來做冗余電源隔離線路提供了可 靠的保證，同時給追求高效率的冗余電源系統帶來了希望。

　　缺點：

　　該電路給采用了更低 R DS（on） 的MOS管，造成成本的增加，同 時因為集成較高，當發現某些不良狀況時受限IC功能較大，不 容易修改缺陷。

　　帶過、欠壓檢測的冗余電源方案

　　圖7是由2個P12121芯片構成的帶過壓、欠壓檢測的雙路冗余電源方案。P12121為Vicor（懷格）公司的一款電源冗余專用芯片，由于其內部集成有24 A、1．5 mΩ的MOSFET，因此外部電路非常簡單。芯片OV為過壓檢測引腳，高于0．5 V時MOSFET自動切斷；UV為欠壓檢測引腳，低于0．5 V時MOSFET切斷，FT為狀態輸出引腳，VC為芯片工作電源引腳。使用P12121也可以靈活地構成多路輸入電源方案。

　　熱插拔及過、欠壓保護的冗余電源方案

　　LTC4352是一種除了過壓、欠壓保護外，還具備防護電源熱插拔浪涌電流的單路冗余電源芯片。圖8所示為LTC4352構成的單路冗余電源電路，多個這樣的電路并聯可以構成多路冗余電源方案。圖中OV、UV分別為過壓、欠壓檢測，該電路通過CPO懸空使芯片不能快速通斷MOSFET，依靠欠壓檢測使GATE引腳在電源上電后延遲開通MOSFET，由R1、C組成的阻容網絡使電源輸出的電壓上升速度減慢，R2則有效防止了Q的開關振蕩，從而實現了一定的熱插拔浪涌電流保護功能。

　　均流控制的冗余電源方案

　　若要使不同的輸入電源同時承擔負載電流（即均流控制），需要外加一個前提，即各輸入電源的電壓能夠通過控制信號被外部調節，以達到各電源電壓基本相同的目的。通過LTC4350控制這種電源，可以實現均流的功能。圖9是1個應用例圖，圖中“SHARE BUS”是各芯片共用的分配總線，該電路主要通過檢測電源通路上的電流來調節輸入電源的電壓，達到各模塊均衡提供電流的目的。

　　RSENSE為電流檢測電阻，LTC4350檢測該電阻兩端的電壓，內部放大后與GAIN引腳的電壓比較，根據比較結果再通過IOUT引腳的模擬輸出控制輸入電源的電壓變化，以達到調整該路電源輸出電流的目的。另外，UV、OV引腳分別為欠壓、過壓檢測引腳，LTC4350通過檢測這兩個引腳的電壓可以控制MOSFET的關斷，實現欠壓保護和過壓保護的功能。

　　冗余電源防靜電設計：

　　1、冗余電源防靜電設計的重要性：

　　由于冗余電源工作時在多機情況下工作，在機臺連接中就不免會出現連接器，連接器上的信號線（如報警信號線、保護反饋線、PG線，數據通順線等）會常常暴露在外面，這些信號線一般都是通過連接器跟其他機臺聯系在一起才形成一個回路，當單機拔出后就可能形成一種開路狀態，在這種情況下很容易受到靜電的傷害。

　　2、設計建議：

　　（1）、冗余電源線路設計時所有連接信號線請不要出現環路開路狀態，如不能加電阻請加穩壓管替代（如PG信號線路加一穩壓管到地）。

　　（2）、在設計驗證時要對連接器上所有連接臨近端點進行短路實驗。

　　五、冗余電源風扇控制及報警線路設計：

　　（1）三線風機其風扇速度靠三極管去控制電壓來完成，功率損耗大，控制元件發熱量高

　　（2）四線風機其風扇速度靠外部電平高低進行控制，容易控制轉速，控制元件少，功耗小。