Перейти к содержанию

OR-ing (схема диодного ИЛИ)

Чтобы устройство не выключалось при отказе одного блока питания, его питают от двух источников сразу. Соединить их напрямую нельзя — один начнёт питать другой. Поэтому каждый подключают через элемент, который пропускает ток только к нагрузке: так получается схема ИЛИ.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

OR-ing (схема диодного ИЛИ) — способ подключить два или больше источников питания к одной нагрузке так, чтобы при отказе любого из них нагрузка продолжала питаться. TI описывает это как основу резервного питания: несколько источников работают на одну нагрузку, а в простейшем варианте каждый подключён через диод Шоттки, который защищает систему при отказе источника (LM74700-Q1, разд. 10.2).

Название — от логического «ИЛИ»: напряжение на нагрузке есть, если работает первый источник или второй. Ток в каждый момент отдаёт источник с бо́льшим выходным напряжением, а диоды не пускают ток от одного источника в другой (наше пояснение).

Диоды или идеальные диоды

ВариантПадениеОсобенности
Диоды Шотткипрямое напряжение диодапросто и дёшево, но диод проводит почти всё время, падение постоянно снижает КПД и требует отвода тепла
Идеальный диод: контроллер + N-MOSFETу LM74700-Q1 при малом токе регулируется около 20 мВ (13–29 мВ), при большом — I·RDS(on) полностью открытого MOSFETменьше потерь; нужен контроллер и транзистор

Источник: LM74700-Q1 (SNOSD17G), разд. 10.2 и таблица характеристик.

Режим регулирования действует, пока падение не превысит порог полного включения 34/50/57 мВ (мин./тип./макс.); дальше MOSFET открыт полностью, и падение равно I·RDS(on) (SNOSD17G, табл. характеристик). По нашему расчёту, при токе 5 А диод Шоттки с падением 0,5 В рассеивает 2,5 Вт, а MOSFET с RDS(on) 4 мОм — 0,1 Вт (падение 20 мВ).

Как контроллер блокирует обратный ток

Главное требование к элементу ИЛИ — быстро перекрыть обратный ток, когда источник отказал или его вход закоротило. LM74700-Q1 постоянно сравнивает напряжения на источнике (вывод Anode) и на общей точке нагрузки (Cathode). Когда разность падает ниже −11 мВ, быстрый компаратор разряжает затвор: задержка 0,45 мкс типично, не больше 0,75 мкс. После этого обратный ток блокирует встроенный диод MOSFET. Затвор снова включается током 11 мА, когда прямое напряжение превысит 50 мВ (SNOSD17G, разд. 10.2). У LM74610-Q1 при отказе одного источника питание выхода тоже не прерывается — TI сравнивает это с диодным ИЛИ (SNOSCZ1B, разд. 8.2.5).

Не путать

  • С параллельным включением для деления тока: схема ИЛИ не делит ток в заданных долях, она переключает нагрузку на исправный источник; если напряжения источников отличаются меньше, чем на падение на элементе ИЛИ, проводят оба (наш вывод). Почему два блока нельзя просто соединить параллельно, разбирает ответ «Можно ли соединить два блока питания параллельно?».
  • С защитой от переполюсовки: там те же контроллеры защищают один источник от неправильного подключения.

Частые вопросы

Чем OR-ing отличается от параллельного соединения источников?

При OR-ing источники, как правило, не делят ток: нагрузку питает тот, у кого выход заметно выше, а второй стоит в резерве и подхватывает нагрузку при отказе первого. Диоды или идеальные диоды не дают току течь из одного источника в другой. Если напряжения отличаются меньше, чем на падение на элементе ИЛИ, проводят оба, но доли тока ничем не заданы; делить ток между блоками — отдельная задача (наш вывод; подробнее — в ответе о параллельном соединении блоков).

Почему вместо диодов Шоттки ставят контроллеры идеального диода?

Из-за потерь: каждый диод в такой схеме почти всё время проводит, и его прямое падение постоянно снижает КПД (TI LM74700-Q1, разд. 10.2). При малом токе контроллер LM74700-Q1 регулирует падение на MOSFET около 20 мВ (13–29 мВ); когда падение превышает порог полного включения (34/50/57 мВ), затвор открывается полностью и падение равно I·RDS(on) (SNOSD17G, табл. характеристик, разд. 9.4.2). При токе 5 А диод Шоттки с падением 0,5 В рассеивает 2,5 Вт, а MOSFET — 0,1 Вт, если его RDS(on) не больше 4 мОм (наш расчёт).

Что происходит, если один источник закоротило?

Ток из второго источника пошёл бы в замыкание, но элемент ИЛИ его не пропускает. Контроллер LM74700-Q1 замечает обратное напряжение ниже −11 мВ и выключает MOSFET за 0,45 мкс типично (не больше 0,75 мкс), после чего обратный ток блокирует встроенный диод MOSFET (SNOSD17G).

Источники

  1. Texas Instruments. LM74700-Q1 Low IQ Reverse Battery Protection Ideal Diode Controller (SNOSD17G, October 2017, revised December 2020) — табл. характеристик: порог полного включения V(AK) 34/50/57 мВ; разд. 9.4.2.2 — режим полной проводимости; разд. 10.2: резервное питание — два и более источника на одну нагрузку; в простейшем виде — диоды Шоттки, которые защищают систему от отказа источника; прямое падение постоянно снижает КПД, потери требуют отвода тепла и места на плате; LM74700-Q1 с внешним N-MOSFET уменьшает падение, при обратном токе быстро разряжает затвор, и обратный ток блокирует встроенный диод MOSFET; выключение, когда V(IN) − V(OUT) ниже −11 мВ, включение затвора током 11 мА при прямом напряжении выше 50 мВ; табл. характеристик: регулируемое прямое падение 13/20/29 мВ, порог обратного тока −17/−11/−2 мВ, задержка выключения 0,45 мкс тип., 0,75 мкс макс.
  2. Texas Instruments. LM74610-Q1 Zero IQ Reverse Polarity Protection Smart Diode Controller (SNOSCZ1B, July 2015, revised June 2016) — разд. 8.2.5: та же схема резервирования с внешними N-MOSFET; при отказе одного источника питание выхода не прерывается — поведение как у диодного ИЛИ

Нашли ошибку?

Смотрите также