星空-实现不间断能源的智能备用电池第五部分：辅助电源系统

[导读]本系列文章的第五部门说明ADI公司备用电池单位(BBU)参考设计中辅助电源的主要性。辅助电源包罗与主电源输出一路供给的弥补电压轨，用在撑持浩繁组件和功能。它对确保BBU参考设计模块中集成的电源器件的靠得住和高效运行相当主要。 对采取进步前辈开放计较项目(OCP)开放机架第3版(ORV3)架构的数据中间、收集、办事器和存储装备，电源单位(PSU)和BBU是撑持它们正常运行的命根子。中心电源转换器负责输送所需的年夜部门电能。辅助电源组件则饰演着幕后的无名英雄，为了保护包罗PSU和BBU在内的全部电源供给生态系统的整体稳健性、靠得住性和平安性，它阐扬了不成或缺的感化。 在接下来的具体会商中，我们将研究辅助电源在BBU模块参考设计中阐扬的感化，摸索其功能和内部机制。经由过程深切探讨辅助电源的复杂性，我们的目标是凸显它为了确保不中断电力供给和庇护主要手艺资本免受侵害而作出的重年夜进献。 后备电源 辅助电源用在供给BBU内的副电源。即便背板电源中止或不成用，弥补电源也会继续为模块内的器件供电，确保BBU内存储的要害操作可以或许顺遂履行。这类后备电源让该单位可以或许保存和保持主要操作，例如平安转换进程、周到监控、复杂节制电路治理和为低功耗器件延续供电。辅助电源经由过程在停电时代供给延续不中断的电源，确保模块在需要时可以或许分派电力。这反过来可以起到缓冲器的感化，抵抗潜伏干扰，并避免产生数据丢掉。 电压调理 为使BBU内部的器件到达抱负机能，确保其处在恒定均衡和恒定电压输出状况相当主要。在这类环境下，怎样强调辅助电源的主要性也不为过，由于它充任要害的庇护办法，可以监视BBU模块复杂架构内电压节制的敏感区域。辅助电源延续监测输出电压，在严酷界说的容差规模内对电压进行邃密调剂，使其连结不变。 这类调理如同一道坚实的樊篱，有用地保障了BBU与其联系关系器件之间的互动。辅助电源确保能源供给不变靠得住，避免电压波动，避免激发故障、数据破坏或物理侵害。 辅助电源经由过程周详校准阐扬要害感化。它不但让模块连结高效运行，还能庇护所毗连的器件。凭仗超卓的周详度和靠得住性，数据中间的PSU、BBU和一系列相干器件可以或许取得更长的利用寿命、更高的效力和持久的运行活力。 散热和电扇节制 有用的散热治理对避免电气装备过热相当主要。BBU内部的电扇由辅助电源供电并进行调和。此散热进程有助在庇护BBU和受撑持器件。这类组合操纵辅助电源来治理电扇转速，缔造安稳高效的散热情况。如许一来，系统可以或许实现杰出均衡，连结抱负工作温度，避免过热造成粉碎性影响。 热量的耗散触及热动力学中复杂的彼此感化。该系统会治理热量，避免因过热而致使故障。精心的温度调理和辅助电源可提高机能和靠得住性。 庇护和平安特征 BBU具有一系列主要的平安和防护特征，可庇护所毗连的器件和电源转换器。为了实现这些功能的摆设和监视，辅助电源的集成相当主要。辅助电源撑持一系列自动庇护办法，包罗过压、过流和短路庇护和温度监控等。辅助电源经由过程持续及时查抄各类参数，确保对异常或问题做出快速反映。这类快速激活的庇护机制有用地避免了对PSU和其毗连器件的侵害，减轻了电气危险，并显著提高了系统的整体平安性。 诊断评估 BBU在向毗连的器件供电之前，会按期进行自诊断测试以验证其功能。在此进程中，辅助电源会供给启动和竣事诊断法式所需的电压和节制旌旗灯号。这类自我评估有助在和时检测BBU内的潜伏故障，包罗器件问题或电压异常。辅助电源的介入有助在经由过程和早辨认和查明故障来加强PSU的机能，并耽误其利用寿命。这类自动方式让PSU工作更靠得住，预备更充实，确保不中断供电，并年夜年夜下降系统产生故障的风险。 ADI的电源设计东西LTpowerCAD 供给专为BBU辅助电源设计的定制工程看法和组件机能数据。这类壮大的组合成功地加速了复杂的电气评估进程，缩短了原型设计阶段，并年夜年夜加快了辅助电源电路的整体开辟历程。这会较着削减审查所破费的时候，年夜幅下降电路设计的复杂性。 图1展现了为优化充电模式或放电模式下BBU运行时代的能量流而设计的辅助电路，此中表现了庞大的工程工作量。图2则显示了BBU休眠模式下的低功耗辅助电路，它采取低压差(LDO)稳压器和单通道降压转换器。 图1.BBU模块在充电和放电进程中的辅助电路设计。 图2.BBU模块在休眠模式下的辅助电路设计。 为了给此类电源转换器、微节制器和其他外设供电，BBU模块辅助电路包括表1所列的六个电压轨。 表1.BBU电压轨 BBU充电或放电工作模式下的辅助电源 12 V偏置轨 LT8645S是一款高压同步降压节制器，具有高达8 A的惊人负载能力。其首要功能是以很是高的精度将48 V背板电压电源高效转换为12 V辅助电压电源。该器件集成了旁路电容，这使其有别在其他高压降压节制器。这一策略性选择不但可以减小PCB尺寸，并且奇妙地解决了快速电流环路和电磁干扰(EMI)发射等困难。这类组合显著提高了整体效力，加强了节制器优化能耗的能力。 12 V偏置轨为电源转换器、电扇电源和电流同享总线电路等根基组件供给撑持。12 V偏置轨充任这些要害组件的首要能源通道，助力系统实现无缝运行和高机能。这些组件在电源下有机连系在一路，此中LT8645在加强效力和功能方面阐扬着要害感化。 5 V、3.3 V、1.8 V和1.2 V偏置轨 采取四通道同步降压节制器LT8692S是一个颠末深图远虑的选择，旨在供给多种输出：5 V、3.3 V、1.8 V和1.2 V。这类调剂对顺应下降的辅助电压以与较低的总线电压连结一致尤其主要。该节制器在一个以2 MHz频率运行的单一振荡器的指导下，确保其输出的周详度和同步性。 该器件真实的怪异的地方在在集成了电容，这一特征有用下降了结构对EMI的敏感性，有助在知足严酷的EMI机能要求。是以，其与噪声敏感的设置和利用的兼容性显著加强。四通道架构具有高集成度特点，不但节流空间，并且设计方式加倍简练高效。 为领会释其利用体例，5 V偏置轨为放年夜器电源轨、Modbus UART驱动器、数字温度传感器和电源治理器件供电。3.3 V、1.8 V和1.2 V输出别离为EEPROM器件、主微节制器单位(MCU)和电池治理系统(BMS) MCU供电。 -3.0 V偏置轨 LTC1983为驱动BBU的运算放年夜器供给要害的-3 V电源轨，是电荷泵反相器的明智选择。该器件仅需一对附加电容便可撑持高达100 mA的输出负载，这证实其固有用率很是高。值得留意的是，这类高效力得益在其细小的外形尺寸，这一设计特征付与了它怪异的优势——在BBU电源板上仅需1 mm空间便可阐扬感化。 BBU休眠工作模式下的辅助电源 3.3 V、1.8 V和1.2 V偏置轨 MAX17551是一款机能凸起的同步降压转换器，可将电池堆的48 V电压转换为不变的3.3 V输出。此电压充任一个主要通道，在主MCU和BMS MCU处在休眠模式时将电力输送至其数字通用引脚。选择这款降压转换器是由于它具有以下优势：输入电压规模宽阔，从4 V到60 V，通用性强；外形小巧，节流空间；运行效力超卓，最低功耗不到10 mW。这些特征的融会使其成为提高电池堆整体耐用性和续航能力的优选解决方案。 ADP165LDO稳压器实现了更加复杂的降压功能，可正确地将电源电压从3.3 V降至1.2 V。这类有针对性的降压可作为首要能源，为主MCU和BMS MCU的焦点操作供电。在微节制器电路中奇妙地集成LDO稳压器可以改良电压调理，显著下降噪声，简化设计架构，提高运行效力，并晋升靠得住性尺度。另外，ADP165的功耗不到15 μW，是以系统能耗年夜年夜下降，电池的续航时候显著耽误。 最后，为了供给摹拟和USB电源电压和其他一些焦点电压，系统采取了MAX38911，它能正确地将电源电压从3.3 V降至1.8 V。此LDO稳压器可以输送高达500 mA的负载电流，足以供给微节制器所需的负载电流。该电源转换器在低功耗模式下耗损约19.2 μA的电源电流，因此合适休眠工作模式。 鉴在辅助电源在充电或放电操作时代的效力高达94%，而在休眠模式时代的效力为62%，为了连结一致的抱负机能，怎样强调响应式热治理的主要性都不为过。为辅助电路选择恰当器件的意义不但仅在在晋升通俗功能；更要害的是，这组成了在BBU分歧工作状况下的设计完全性的根本。借助该策略可以猜测整体功耗，并估算电池的利用寿命。另外，它撑持以经济有用的体例改良辅助电路的机能，终究周全晋升该单位的整体效力。1 在本系列的最后一篇文章中，辅助电源被描写为BBU的要害组件，负责调和各类主要功能。其功能触及很多要害责任，所有这些责任对BBU的安稳、靠得住、平安运行都相当主要。辅助电源作为后备电源，犹如庇护盾，负责调剂电压程度、治理散热电扇电源、采纳庇护办法和展开开机自检等。这些操作精巧地彼此感化，以供给不中断电源，庇护器件，并耽误全部系统的寿命。 辅助电源是为摹拟和数字器件供给靠得住弥补电源的要害身分。跟着辅助电源手艺的前进，数据中间PSU和BBU的效力和平安性不竭晋升，功耗不竭下降，鞭策立异到达新的高度。我们不竭转变的手艺世界对电源的需求日趋增加，而延续的手艺前进是对这类需求的有力回应，不但塑造了我们确当下，也影响着将来的电气化。 本系列文章的每篇都是一份周全的资本，供给了正确的指点，帮忙设计和利用工程师取得需要的看法，以便基在OCP ORV3 BBU供给的复杂规范构建更智能、更靠得住、更具本钱效益的解决方案。为此，文中供给了详实的器件选型流程、周全的操作指南、工程设计方式和具体的法式性建议。 参考文献 1 David Sun。“开放计较项目开放机架V3 48 BBU 1.3版”。开放计较项目，2022年11月。

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来历：ADI

作者：Christian Cruz，利用开辟工程师；Ralph Clarenz Matociños，助理工程师

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