• 關鍵詞： 工控電源
• 摘要：PULS普爾世采用了以MOSFET管替代二極管的新技術，并在這新一代的冗余模塊中增設了更多實用功能。

PULS普爾世采用了以MOSFET管替代二極管的新技術，并在這新一代的冗余模塊中增設了更多實用功能。

冗余模塊能夠保證系統的可靠性，提高系統的可用性，即使在電源發生故障的情況下。然而，冗余模塊中的解耦二極管以熱量形式產生一定的功率損耗，而且可能導致相對較大的電壓降。

因此，PULS普爾世采用了以MOSFET管替代二極管的新技術，并在這新一代的冗余模塊中增設了更多實用功能。

并聯連接兩臺或更多電源，彼此之間以解耦的冗余模塊相連，可組建一個冗余系統。當電源的輸出端發生了短路，冗余模塊可防止母線電壓短路。

為了實現該功能，需使用二極管或具有相似性能的解耦元器件。你或許可以為每臺電源配一個二極管，但這種方案并不完美：解耦二極管產生極高的熱量，從而導致功耗明顯增加。

圖片1：二極管與MOS管冗余模塊(PULS YR80.241)在空載時的功耗比較

一個40A的負載將產生將近20W的功率損耗（如圖1所示），這些功率損耗以熱量的形式被發散到系統周圍的環境里，溫升對附近所有的電子元器件造成無形的壓力，甚至有可能嚴重縮短它們的使用壽命。

普爾世工程師不愿對此妥協。為了找出用戶對冗余系統的特殊需求，他們進行了一次調研。

從中可以總結出優化冗余系統的10項準則：

1.最高的安全性和可用性

2.最低的功率損耗

3.容易使用

4.負載端能夠接受更高的反饋電壓

5.具備短路保護

6.并聯功能：負載平衡模式，對每臺電源的工作時間和強度均勻分配

7.對系統中的電源輸出故障報警信號

8.輸入端反極性保護

9.輸出報錯信號

10.熱插拔：插拔操作無需切斷電壓

分析以上準則，標準外延二極管或普通肖特基二極管已不能滿足最小化空載功耗的需求。因此以MOSFET場效應管作為替代的解決方案應運而生。

該新技術有效降低了系統的功率損耗。如前文所述，一個40A的負載的功耗將從20W降低至3W。

然而“具備短路保護”和“輸入端反極性保護”才是研發團隊在研究MOSFET方案時遇到的最大的挑戰。因為無論電源遇到短路還是反極性，都有可能損毀MOSFET。

針對于短路故障的MOSFET電路設計

當在負載端或線纜上發生短路，電源電壓驟降，并且在冗余模塊的輸入端的電壓不再可用。但是冗余模塊中內置的MOSFET必須時刻保持激活狀態，讓短路電流以低功耗形式流通，否則，電流將被元器件中的體二極管吸收。相較于原二極管方案，這將產生15倍的高功耗，并損壞MOSFET。新的電路設計完美克服了該問題，不僅如此，還能夠利用最小化的剩余電壓來激活MOSFET（圖2）.

圖2：基于MOSFET技術的冗余模塊電路設計圖

該電路還能夠在其它危急情況下被旁路，例如當電源被接通在一個正發生短路的電路，或者當輸入電壓發生反極性情況。

電壓降僅50mV

將MOSFET作為解耦元器件，還可以顯著降低電壓降。標準冗余模塊中的二極管可能在輸入端和輸出端之間導致高達500mV的電壓降。但是如果是采用了MOSFET的新型冗余模塊，這種情形將得以有效的改善。例如普爾世冗余模塊YR80.241，在為40A負載供電時，其輸入端與輸出端之間的電壓降僅不到50mV。

并聯功能實現負載均衡

改進后的MOSFET冗余模塊方案，甚至能夠使并聯模式達到更理想的熱均衡效果，從而能夠進一步延長產品的使用壽命。在此過程中，每臺電源之間的負載電流被均衡地分配。

有兩種方法可以實現系統中的并聯功能：直接在電源本身集成并聯模式，或者將其集成在冗余模塊中。前者，即在電源的集成中，輸出電壓會被調整為：空載時比額定帶載時高出約4%。因此，只要設備間的空載電壓是相同的，電流就會自動分布。如果一臺電源承擔了更多的電流，它的電壓就會自動降低，電流均衡得以保持。這樣的特性保證了在電流的分布上不存在功率損耗。后者，即在冗余模塊中集成并聯模式，MOSFET是以串聯形式連接的。為了實現兩通道（即兩臺電源）之間的電流均衡，它們將在通道的較高電壓下產生適當的電壓降。該方法也可以使沒有集成并聯模式的電源作并聯使用。

普爾世工程師針對以上兩種方法做了優化。并聯模式最重要的一點是始終支持冗余系統安全、穩定、高效的工作，無論是經典的1+1冗余系統，還是N+1冗余系統。

熱插拔：在無需斷電的情況下更換電源

在普爾世冗余模塊YR20.245中，還附加了一項創新技術：熱插拔。這也是首次出現在冗余模塊上的熱插拔功能。“熱插拔”功能是指當系統正在工作時，更換一臺電源或者一個冗余模塊。要實現熱插拔，就需要關鍵連接處的端子具有防短路功能。更換故障設備時，只要按照既定順序操作，即可順利完成更換，無需切斷電源。而且，當更換完成，系統的冗余備份功能也能夠立即生效。這對于某些系統來說是非常重要功能，例如，在某些應用場合，即使是稍縱即逝的錯誤或故障，就足以威脅到人身安全或導致嚴重經濟損失，這樣的情況下，熱插拔功能不可或缺。

帶防短路功能的連接端子

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