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几种实用的低电压冗余电源方案设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-12-14 09:22:25




    最后,应注意MOSFET的电流流动方向是双向的,不同于三极管的单向导通。对于MOSFET的导电特性,大多数资料、文献及器件的数据手册中只给出了单向导电特性曲线,大多数应用也只是利用了它的单向导电特性;而对于其双向导电特性,则鲜有文献介绍。实际上,MOS-FET为电压控制器件,通过栅极电压的大小改变感应电场生成的导电沟道的厚度,从而控制漏极电流的大小。以N沟道MOSFET为例,当栅极电压小于开启电压时,无论源、漏极的极性如何,内部背靠背的2个PN结中,总有1个是反向偏置的,形成耗尽层,MOSFET不导通。当栅极电压大于开启电压时,漏极和源极之间形成N型沟道,而N型沟道只是相当于1个无极性的等效电阻,且其电阻很小,此时如果在漏、源极之间加正向电压,电流就会从漏极流向源极,这是通常采用的一种方式;而如果在漏、源极之间加反向电压,电流则会从源极流向漏极,这种方式很少用到。
    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。


5 几种实用冗余电源方案设计
    本文主要讨论的是DC 5 V、DC 12 V之类的低压冗余电源设计。针对不同的功能、成本需求,下面给出几个设计方案实例。
5.1 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,如图4所示。

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