由於電子產品的風靡，能夠用多種電源供電的設備已經屢見不鮮了。例如，工業手持式儀表或可攜式醫療診斷設備大部分時間用電池供電，但一旦插入交流適配器或 USB 埠，就從交流適配器或 USB 埠吸取功率了，這時既為電池充電，又為系統供電。在移動系統的另一端，大型高可用性伺服器機架內至少有兩個電源，以在任何一個電源出故障時，保持伺服器正常運行。存儲伺服器則用超級電容器作備份電源，以在主電源斷開時，乾淨利落地實現無差錯停機，當然，也有些伺服器採用大電流主電源和小電流輔助電源。所有這些系統都面臨著一項重要任務，即在各種不同的可用電源中，選擇一個為系統負載供電。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/328010.htm電源多路復用中隱藏的問題
在給定環境中選擇合適電源這一任務，聽起來簡單輕鬆，但是如果選擇不當，後果很嚴重，可能造成系統故障並損壞電源。如果加在電源輸出端的電壓較高，那麼在並聯工作的電源之間進行切換可能導致電流回流到電源中。有些電源如果遭遇能量返回，就會出現故障，使控制環路中斷，引起電源輸入端子過壓，這有可能導致電容器及其他器件燒掉。並聯電源切換時還存在一個風險，即所有電源與輸出之間的斷接時間都可能過長，導致輸出電壓下降，系統復位或系統運行不正常。當電源之間的電壓比較接近時，會出現第三個問題。有些基於比較器的控制方法引入了一種振蕩模式，即在電源之間連續切換，這樣一來，電源之間的切換就需要周密設計了。
相同的電源
讓我們從最簡單的情況開始——由兩個相同的電源給一個系統供電。這裡相同的含義是，相同的標稱電壓，其變化在電源容限範圍內，通常為百分之幾。這種情況出現在高可用性伺服器中，這類伺服器配備兩個或更多冗餘電源，以在任何電源出現故障時，能夠不間斷運行。在這類系統中，一種簡單的方法是，選擇電壓最高的電源給系統供電。兩個二極體的陽極分別連接兩個電源，陰極則連在一起，形成所謂的二極體「或」電路，這樣就實現了由電壓較高的電源供電的功能 (參見圖 1)。僅連入一個電源時，這個電路也正常工作。存在兩個電源時，電壓較高的那個電源，其二極體正向偏置，另一個二極體則反向偏置。
圖 1：兩個電源的二極體「或」電路向負載供電
新式伺服器中有多個板卡，功率輕易就能超過千瓦，因此 12V DC 電源須提供 50A 到 100A 的電流。運用普通的老式二極體，即使是壓差較低的肖特基二極體，對這樣兩個 12V 電源進行二極體「或」，如果不是不可能，也要面臨可怕的熱量管理任務，因為在這麼大電流時，兩個二極體的電壓下降 1V，就會消耗很大的功率，例如，在 50A 電流時，功耗為 50W。因此需要壓差低得多的理想二極體。正像解決其他許多電路問題時一樣，MOSFET 再次伸出了援手。MOSFET 加上一個檢測電路，可起到理想二極體的作用，正向偏置時 (輸入高於輸出)，接通壓差非常低，反向偏置時 (輸入低於輸出) 則斷開。理想二極體壓差可降至普通二極體的 1/10，因此功耗降至可應對的 5W。通過 RDS(ON) 為 2mΩ 的單個或並聯 N 溝道 MOSFET，很容易實現這樣的理想二極體「或」電路。圖 2 顯示了一個這樣的電路及其 I-V 曲線。凌力爾特的 LTC4352 控制一個 N 溝道 MOSFET，以實現理想二極體功能。這樣的兩個電路並聯，就形成了一個理想二極體「或」電路，可用於冗餘電源系統。按照一定比例線性跟隨 MOSFET 的壓降，可確保電源不產生振蕩，平滑切換，而 0.5µs 的快速接通和斷開時間，則最大限度地減小了輸出壓降和反向電流。
圖 2：具 UV/OV 的 LTC4352 理想二極體及其 I-V 曲線
理想二極體的功能是無源二極體望塵莫及的。僅當輸入處於欠壓 (UV) 和過壓 (OV) 門限設定的有效範圍之內時，LTC4352 才能成為理想二極體。STATUS# 引腳向下遊電路提供 MOSFET 接通或斷開的狀態信號，FAULT# 引腳指示 MOSFET 是由於 UV/OV 狀況而關斷，還是由於 MOSFET 呈電阻性或開路而導致過大壓降，後者在故障發生之前發出了即將出現故障的警報。
讓我們共享負載吧
二極體「或」是一種「贏家通吃」型系統，在這種系統中，電壓最高的電源提供全部負載電流。如果兩個電源均等地向負載供電，將熱量壓力一分為二共同承擔，那麼電源系統的可靠性會大幅提高，電源的壽命也可得到延長。然而，許多調節電源的負載共享電路受到了環路振蕩的困擾。與電源變化互動的負載共享控制環路使問題變得複雜了。在這裡利用理想二極體概念可以解決問題。通過調節理想二極體壓降，補償電源電壓之差，可以使兩個理想二極體的輸出電壓相等。在這兩個相等的點和共享負載之間加入檢測電阻器，可確保兩個電源流出的電流相等或成一定比例。LTC4370 二極體「或」均流控制器採用了這種針對兩個電源的均流方法 (參見圖 3)。這種方法可補償高達 600mV 的電源電壓之差，這意味著兩個 12V 電源具有 ±2.5% 的容限，或兩個 5V 電源具有 ±6% 的容限。
圖 3：LTC4370 在兩個二極體「或」連接的 12V 電源之間均衡 10A 負載電流。通過調節 MOSFET 壓降來補償電源電壓失配，以實現均流。
不同的電源
在上述的伺服器例子中，兩個電源相同時，二極體「或」和負載共享方法非常適用。但是這些方法不適合電池供電系統，在這類系統中，輸入來自電池、交流適配器或 5V USB 電源，也就是說，這些電源的標稱電壓差異甚大。在有些情況下，還會涉及超級電容器備份電源。因此，需要一種更加通用的解決方案，而不是簡單地通過衡量電源電壓高低來工作。這種解決方案稱為優先級供電處理器。該解決方案的基礎是，電池供電系統的電源有一個優先順序。通常情況下，交流適配器排在最前面，只要存在交流適配器，系統就從交流適配器吸取功率。每一種電源都必須有一個確定的有效電壓範圍 (以檢測該電源的存在) 和優先級。如果某種電源存在，就會按照它的優先級考慮是否用它給系統供電。LTC4417 優先級選擇器根據 3 個電源的有效電壓窗口和優先級作出選擇，僅將其中之一連接到輸出 (參見圖 4)。小心切換以免將兩個電源連到一起，僅在輸出電壓低於輸入電壓時才將電源連接到輸出。這最大限度地減小或消除了流回電源的反向電流。另外，這麼做還實現了受控的快速切換，以限制輸出電壓下降和浪湧電流。
結論
視系統中採用的電源種類的不同而不同，首先需要為電源多路復用選擇合適的解決方案。可選擇的方案是二極體「或」 (有或沒有負載共享) 和優先級供電處理器。不論選擇哪種方法，選擇正確的電源給負載供電都需要仔細設計，以避免毀掉整個系統。流回到電源的反向電流和輸出電壓下降要儘量減小，以避免引起電源之間來回振蕩性地切換。本文介紹的這些解決方案以簡練的方法解決了這些問題。