失敗不是一種選擇。對于當今永遠運轉的電氣基礎設施的架構師來說，這可能是座右銘——想想電信網絡、互聯網和電網。問題在于，這種基礎設施的磚塊，從不起眼的電容器到聰明的刀片服務器，壽命有限，通常在墨菲最關鍵的時刻結束。死亡率問題的常用解決方法是冗余，即在關鍵組件發生故障時隨時可以接管的備份系統。

例如，高可用性計算機服務器通常附帶兩個類似的直流電源，為每個單獨的電路板供電。每個電源能夠自行承擔整個負載，兩個電源二極管通過功率二極管或連接在一起，以形成單個 1 + 1 冗余電源。也就是說，較高電壓的電源向負載供電，而另一個電源閑置待機。如果有源電源電壓由于故障或移除而下降或消失，則曾經的較低電壓電源變為較高電壓電源，因此它接管負載。二極管可防止電源之間的反向饋電和交叉傳導，同時保護系統免受電源故障的影響。

二極管OR是一個簡單的贏家通吃系統，其中最高電壓電源提供整個負載電流。在啟動之前，較低電壓電源將保持空閑狀態。雖然易于實施，但 1 + 1 解決方案效率低下，浪費了本可以更好地用于提高整體運營效率和使用壽命的資源。電源串聯分擔負載要好得多，具有以下幾個優點：

如果每個負載承擔一半的負載，從而分散供熱并減少電源組件上的熱應力，則電源壽命會延長。電子產品使用壽命的經驗法則是，溫度每下降10°C，組件的故障率就會減半。這是一個顯著的可靠性增益。

由于較低電壓電源始終處于工作狀態，因此在過渡到可能已經靜默失效的備用電源時，這在簡單的二極管OR系統中是可能的，這并不奇怪。

在負載共享系統中，可以將較小的手頭電源并聯以構建較大的電源。

供應故障的恢復動態更平穩、更快，因為供應變化的數量級越來越少，而不是斷斷續續。

由兩個以半容量運行的電源組成的DC/DC轉換器比接近滿容量運行的單個電源具有更好的整體轉換效率。

均流方法

連接多個電源的輸出允許它們共享一個公共負載電流。電源之間的負載電流分配取決于各個電源輸出電壓和公共負載的電源路徑電阻。這稱為下垂共享。為了防止電源回饋并將系統與故障電源隔離，二極管可以與每個電源串聯插入。當然，這種增加的二極管壓降會影響負載分配的平衡。

下垂共享很簡單，但共享精度控制不佳，串聯二極管存在電壓和功率損耗。一種更可控的均流方法是監控電源電流，將其與每個電源所需的平均電流進行比較，然后調整電源電壓（通過其微調引腳或反饋網絡），直到電源電流與所需值匹配。這種方法需要連接到每個電源（共享總線）的電線，以指示每個電源所需的電流貢獻。均流環路補償是定制的，以適應電源環路動態。受控均流需要仔細設計和訪問所有電源，這在某些系統中是不可能的。

本文介紹了一種新的均流方法，該方法允許主動控制單個電源貢獻，但具有下垂共享的簡單性。在該系統中，二極管被可調二極管取代，可調二極管的導通電壓可以調節以實現平衡均流。這比下垂共享產生更好的共享精度，并且可調二極管中消耗的功率是實現共享所需的最小功率，遠低于傳統二極管的損耗。由于不需要共享總線，因此它提供了更簡單的電源獨立補償和便攜式設計。難以或無法接近其微調引腳和反饋網絡的電源是這種技術的理想選擇。

均流控制器

LTC4370 采用凌力爾特專有的可調二極管均流技術。它使用外部 N 溝道 MOSFET 平衡兩個電源之間的負載，該 MOSFET 充當可調二極管，其導通電壓可以調制以實現平衡共享。圖 1 示出了在兩個 12V 電源之間共享一個 10A 負載的 LTC4370 圖 2 示出了影響負載均分的器件內部結構。誤差放大器 EA 監視 OUT1 和 OUT2 引腳之間的差分電壓。它設定正向調節電壓V法國兩個伺服放大器（SA1、SA2），每個電源一個。伺服放大器調制外部 MOSFET 的柵極（因此其電阻），使得 MOSFET 兩端的正向壓降等于正向調節電壓。誤差放大器設定 V法國在較低電壓電源上，最小值為 25mV。較高電壓電源上的伺服設置為25mV加上兩個電源電壓的差值。這樣，兩個OUT引腳電壓都實現了均衡。OUT1 = OUT2 表示 I1? R1= I2? R2.因此，我1= I2如果 R1= R2.只需對不同值檢測電阻進行簡單調整，即可設置比例共享，即I1/我2= R2/R1.注意，負載電壓比最低電源電壓低25mV。

圖1.LTC4370 在兩個二極管 OR 的 12V 電源之間平衡一個 10A 負載電流。通過調制 MOSFET 壓降以抵消電源電壓的失配來實現共享。

圖2.LTC4370 的負載分配相關內部結構。

MOSFET與伺服放大器一起表現得像一個二極管，其導通電壓是正向調節電壓。當 MOSFET 的正向壓降低于調節電壓時，MOSFET 關斷。隨著MOSFET電流的增加，柵極電壓上升以降低導通電阻，以保持正向壓降在V法國.這種情況一直持續到柵極電壓軌在高于電源電壓12V時耗盡。電流的進一步上升使MOSFET兩端的壓降線性增加，如I場效應管? RDS（ON）.

綜上所述，當誤差放大器設定伺服放大器的正向調節電壓時，在功能上等效于調節（基于MOSFET）二極管的導通電壓。調整范圍為最小25mV至RANGE引腳設置的最大值（參見下面的“設計考慮因素”）。

控制器可負載 0V 至 18V 的共享電源。當兩個電源均低于2.9V時，在V電壓下需要一個2.9V至6V范圍的外部電源抄送引腳為LTC4370供電。在反向電流條件下，MOSFET 的柵極在 1μs 內關斷。門也會在一微秒內打開，以實現較大的正向下降。快速導通對于低壓電源很重要，可通過集成電荷泵輸出端的儲能電容器實現。它在器件上電時存儲電荷，并在快速導通事件期間提供 1.4A 的柵極上拉電流。

EN1 和 EN2 引腳可用于關斷各自的 MOSFET。請注意，電流仍可流過 MOSFET 的體二極管。當兩個通道均關斷時，器件電流消耗降至每個電源 80μA。FETON 輸出指示相應的 MOSFET 是打開還是關閉。

均流特性

圖 3 示出了可調二極管方法LTC4370 的均流特性。有兩個圖，均具有電源電壓差，ΔV在= V合1– VIN2，在 x 軸上。上圖顯示了歸一化為負載電流的兩個電源電流;下方顯示正向壓降，V富衛，跨越 MOSFET。當兩個電源電壓相等時（ΔV在= 0V），電源電流相等，兩個正向電壓均處于25mV的最小伺服電壓。作為 V合1增加到 V 以上IN2（正 ΔV在）、V前驅2保持在 25mV，而 V前驅1隨 ΔV 精確增加在以保持 OUT1 = OUT2。這輪到我了1= I2= 0.5I負荷.

圖3.LTC4370方法的均流特性隨電源電壓差的變化而變化。

V的調整有上限前輪驅動由范圍引腳設置。對于圖3中的示例，該限值為525mV，由RANGE引腳設置為500mV。一次 V前驅1達到這個限制，共享變得不平衡，V進一步上升合1將 1 推出 2 之上。

斷點為 VFR（最大）– VFR（分鐘），其中更多的負載電流來自更高的電壓電源。當 OUT1 – OUT2 = I負荷? R意義，整個負載電流轉移到I1.這是MOSFET M1中功率耗散最大的工作點，因為整個負載電流以最大的正向壓降流過它。例如，一個 10A 負載電流會導致 MOSFET 中耗散 5.3W （= 10A ? 525mV）。對于 ΔV 的任何進一步上升在，控制器將M1兩端的正向壓降斜坡減小至最小值25mV。這最大限度地減少了大 V MOSFET 中的功耗在當負載電流未共享時。對于負 ΔV 的行為是對稱的在.

本例中的共享捕獲范圍為500mV，由RANGE引腳電壓設置。在此范圍內，控制器可以共享容差為 ±250mV 的電源。這意味著：3.3V電源的容差為±7.5%，5V電源的容差為±5%，12V電源的容差為±2%。

設計注意事項

這些是負載共享設計的一些高級注意事項。

MOSFET 選擇 — 理想情況下是 MOSFET 的 RDS（ON）應該足夠小，以便控制器可以在MOSFET兩端伺服25mV的最小正向調節電壓，一半的負載電流流過MOSFET。更高的RDS（ON）防止控制器調節25mV。在這種情況下，非調節壓降為0.5IL? RDS（ON）.隨著此下降的上升，共享斷點（現在由 V 定義）FR（最大）– 0.5IL? RDS（ON）） 發生較早，縮小了捕獲范圍。

由于 MOSFET 耗散功率，最高可達 IL? VFR（最大）如圖3所示，應適當選擇其封裝和散熱器。在MOSFET中消耗更少功率的唯一方法是使用更精確的電源或放棄共享范圍。

RANGE 引腳 — RANGE 引腳設置應用的共享捕獲范圍，這反過來又取決于電源的精度。例如，具有 ±3% 容差電源的 5V 系統需要 2 ? 5V ? 3% 或 300mV 的共享范圍（較高電源為 5.15V，而較低電源為 4.85V）。RANGE 引腳具有一個 10μA 的精密內部上拉電流。在 RANGE 引腳上放置一個 30.1k 電阻可將其電壓設置為 301mV，現在控制器可以補償 300mV 的電源電壓差（見圖 4）。

圖4.5V 二極管或負載均分，帶狀態燈。每當任何 MOSFET 關閉時，紅色 LED D1 就會亮起，表示共享中斷。

保持RANGE引腳開路（如圖1所示）可提供600mV的最大可能共享范圍。但是，當伺服電壓接近二極管電壓時，電流可能會流過MOSFET的體二極管，從而導致共享丟失。將范圍連接到 V抄送禁用負載均分，將器件轉換為雙通道理想二極管控制器。

補償 — 負載均分環路由單個電容器從 COMP 引腳到地進行補償。該電容器必須是 MOSFET 輸入（柵極）電容的 50×CHS2.如果未使用快速柵極導通（沒有CPO電容器），則電容器可能僅為10× CHS2.

檢測電阻 — 檢測電阻決定負載均分精度。精度隨著電阻電壓降的增加而提高。最大誤差放大器失調為2mV。因此，一個25mV的檢測電阻壓降會產生4%的均分誤差。如果功耗比精度更重要，則可以降低電阻。

結論

平衡電源之間的負載電流是一個歷史上的難題，讓人聯想到在鋼絲上玩弄的景象。當電源模塊或模塊不提供內置支持時，一些設計人員將花費大量時間設計一個控制良好的系統（并在電源類型發生變化時重新設計它）;其他人將滿足于基于粗暴阻力的下降分享。

LTC4370 采用與任何其他控制器完全不同的負載均分電源方法。它簡化了設計，尤其是不適合即時調整的耗材，并且可以移植到各種類型的耗材上。固有的二極管行為可保護電源免受反向電流的影響，并保護系統免受電源故障的影響。LTC4370 為一個復雜的問題提供了一種簡單、優雅和緊湊的解決方案。

審核編輯：郭婷