在开放计算项目 (OCP) 的前沿开放式机架版本 3 (ORV3) 架构中，电源单元 (PSU) 和基本单元组件 (BBU) 是数据中心、网络、服务器和存储设备的生命线。中央电源转换器提供大部分必要的电力。然而，幕后功臣是辅助电源组件，它在维护整个电源生态系统（包括 PSU 和 BBU）的整体稳健性、可靠性和安全性方面发挥着至关重要的作用。.

在接下来的详细分析中，我们将探讨辅助电源在BBU模块参考设计中的作用，深入研究其功能和内部机制。通过深入剖析辅助电源的复杂性，我们旨在强调其在维持持续供电和保护我们宝贵的技术资源免受潜在损害方面的重要作用。.

备用电源：
辅助电源用于为电池模块单元 (BBU) 提供备用电源。即使主板电源中断或不可用，辅助电源仍能继续为模块内部的设备供电，从而确保 BBU 中存储的关键功能平稳运行。这种备用电源功能使设备能够维持关键操作，例如安全过渡过程、严密监控、复杂控制电路的管理以及对低功耗设备的持续支持。辅助电源确保模块能够在需要时分配电源，从而在断电期间提供持续不间断的供电。这反过来又可以起到缓冲作用，防止潜在的干扰并避免数据丢失。

电压调节：
确保稳定的平衡状态和恒定的输出电压对于BBU内部设备的最佳性能至关重要。辅助电源在此场景中的重要性不容忽视，它扮演着关键的保护角色，监控着BBU模块复杂架构中电压控制这一敏感区域。辅助电源持续监测输出电压，并在精心设定的容差范围内进行调整和稳定。
这种调节如同一个保护罩，改善了BBU与连接设备之间的交互。辅助电源保证了稳定可靠的电源供应，防止电压波动导致故障、数据损坏或物理损坏。
辅助电源的精确校准使其至关重要。它不仅能确保模块高效运行，还能保护连接的设备。这种精准性和可靠性的结合，使得数据中心中的电源、BBU以及众多相关设备拥有更长的使用寿命、更高的效率和更持久的运行能力。

冷却和风扇控制：
有效的冷却管理对于防止电气设备过热至关重要。辅助电源为BBU内的风扇供电并协调其运转。此冷却过程有助于保护BBU及其兼容设备。该配置利用辅助电源来管理风扇转速，从而营造平稳高效的冷却环境。最终形成一个平衡良好的系统，可维持最佳工作温度并防止过热造成的损害。
散热涉及热动力学内部的复杂相互作用。该系统通过管理热量来防止过热故障。精确的温度控制和辅助电源的使用提高了性能和可靠性。

保护和安全特性：
BBU 具备多项重要的安全和保护特性，可保护连接的设备和电源转换器。辅助电源的集成对于这些功能的部署和监控至关重要。辅助电源支持一系列主动保护措施，包括过压、过流和短路保护，以及温度监控。通过辅助电源进行的实时监控，可确保通过持续的参数检查，对异常或问题做出快速响应。保护机制的快速启动可有效防止电源和连接设备损坏，从而降低电气风险并显著提高系统整体安全性。

诊断评估：
BBU 会定期执行自诊断测试，以验证其功能，然后再向连接的设备供电。在此过程中，辅助电源会提供必要的电压和控制信号，以启动和完成诊断程序。这种自评估有助于快速检测 BBU 内部的潜在故障，包括组件问题或电压异常。辅助电源的参与有助于及早识别和精确定位故障，从而提高性能并延长电源的使用寿命。这种主动式方法提高了电源的可靠性和就绪性，确保不间断供电，并显著降低系统故障的风险。

ADI 的 LTpowerCAD® 电源设计工具可为专为 BBU 辅助电源设计的组件提供定制的技术信息和性能数据。这一强大的组合成功简化了复杂的电气评估流程，加快了原型制作阶段，并显著缩短了辅助电源电路的整体开发周期。因此，审查时间和电路设计复杂度都得到了显著降低。
图 1 展示了一个辅助电路，该电路旨在优化 BBU 在充电或放电模式下的功率流动，体现了其中涉及的大量工程工作。相比之下，图 2 展示了一个用于 BBU 待机模式的低功耗辅助电路，该电路采用低压差线性稳压器 (LDO) 和一个降压转换器。

图 1. BBU 模块在充电和放电模式下运行的辅助电路设计。.

图 2. BBU 模块在睡眠模式下的辅助电路设计。
为了给这些电源转换器、微控制器和其他外围设备供电，BBU 模块的辅助电路包含六个电压轨，如表 1 所示。

表1. BBU电压轨

充电或放电模式下运行
睡眠模式下运行
► 12V 偏置轨
► 5V、3.3V、1.8V 和 1.2V 偏置轨
► -3.0V 偏置轨

► 3.3V、1.8V 和 1.2V 偏置轨

在BBU充电或放电操作期间提供辅助电源。12V
偏置轨。LT8645S
器 ， 具有高达8A的卓越负载能力。其主要功能是将48V主板电源高效转换为12V辅助电源，并能以极高的精度完成转换。该器件集成了旁路电容，这使其与其他高压降压驱动器区别开来——这一战略选择不仅无需更大的印刷电路板，而且巧妙地解决了快速电流环路和电磁干扰(EMI)辐射等挑战。这种组合显著提高了整体效率，增强了驱动器优化功耗的能力。

12V偏置轨是关键组件（包括电源转换器、风扇电源和均流总线电路）的供电基础。作为这些关键组件的主要电源通道，12V偏置轨确保了不间断的运行和性能。这些组件无缝集成在一个电源中，而LT8645在提升效率和功能方面发挥着至关重要的作用。.

5V、3.3V、1.8V 和 1.2V 偏置电压轨。
选用 LT8692S是经过深思熟虑的选择，旨在提供 5V、3.3V、1.8V 和 1.2V 的宽输出范围。这一设置对于适应较低的总线电压，从而降低辅助电压至关重要。该驱动器由一个独特的 2MHz 振荡器驱动，能够精确同步地协调其输出。
真正使该器件脱颖而出的是其集成的电容，这是满足严格的 EMI 性能要求的关键特性，因为它最大限度地降低了设计对噪声的敏感性。这一特性显著提高了其在噪声敏感环境和应用中的兼容性。四通道架构具有高集成度的特点，不仅节省空间，而且还有助于实现更简洁高效的设计。
为了解释其用途，5V 电源轨为放大器的电源轨、Modbus UART 控制器、数字温度传感器和电源管理器件供电。3.3V、1.8V 和 1.2V 输出分别给 EEPROM 器件、主微控制器 (MCU) 和电池管理系统 (BMS) MCU 供电。

LTC1983反相器，可为驱动 BBU的运算放大器提供关键的 3V 负馈电轨。它只需几个额外的电容即可产生强大的 100mA 输出负载，这充分体现了其固有的高效性。值得注意的是，其小巧的尺寸进一步提升了效率，这一设计特点带来了独特的优势，因为它仅与 BBU 电源板相距 1mm。
电荷泵

在电池组休眠模式下运行期间，需要辅助电源。提供
3.3V、1.8V 和 1.2V 的偏置电压轨。MAX17551
器，可将 48V 电池组电压转换为稳定的 3.3V 输出电压。该电压作为关键通道，在主 MCU 和 BMS MCU 处于休眠模式时，为其通用数字引脚供电。选择这款降压转换器的原因在于其诸多优势：输入电压范围广（4V 至 60V）、尺寸小巧、工作效率极高，最小功耗低于 10mW。这些特性使其成为提升电池组整体耐用性和可靠性的最佳解决方案。
ADP165 LDO稳压器可实现更精细的电压降低，将电源电压从3.3V精确降至1.2V。该电压降低后的稳压器作为主MCU和BMS MCU基本运行的主要电源。将LDO稳压器策略性地集成到微控制器电路中，可实现更佳的电压调节、显著降低噪声、优化设计架构、提升运行效率并提高可靠性。此外，ADP165的功耗低于15µW，显著节省能源，从而延长电池寿命。
最后， MAX38911用于为模拟和USB电源以及其他一些基本电压供电，其可将电源电压从3.3V精确降至1.8V。该LDO稳压器可提供高达500mA的负载电流，足以满足微控制器所需的负载电流。电源转换器在低功耗模式下消耗约 19.2 μA 的供电电流，使其适用于睡眠模式运行。
鉴于辅助电源的卓越效率（充电或放电时高达 94%，待机模式下高达 62%），有效的散热管理对于维持稳定的最佳性能至关重要。为辅助电路选择最佳器件至关重要，其意义远不止于实现基本功能，因为它构成了 BBU 整个工作范围内设计完整性的基础。这种战略选择有助于预测总功耗并计算预计电池寿命。此外，它还提供了经济高效地提升辅助电路性能的机会，最终提高整个单元的效率。¹

摘要：
在本系列的最后一篇文章中，辅助电源被介绍为电池单元 (BBU) 的关键组成部分，它协调着多项重要功能。辅助电源承担着一系列关键职责，所有这些职责对于这些单元的平稳、可靠和安全运行都至关重要。作为备用电源的保障，辅助电源负责调节电压、管理散热风扇功率、实施保护措施以及执行开机自检。这些复杂的协同工作最终确保了不间断供电，保护了我​​们的设备，并延长了系统的整体寿命。
辅助电源对于为我们的模拟和数字设备提供可靠的补充电源至关重要。辅助电源技术的进步不断提高效率、降低功率损耗并增强数据中心电源单元 (PSU) 和电池单元 (BBU) 的安全性，推动着创新迈向新的高度。这种持续的进步是对瞬息万变的科技世界不断增长的电力需求的坚定回应，而这种需求正影响着我们的现在和电气化的未来。
本系列文章的每一篇都提供全面的资源，为设计和应用工程师提供精准的指导，帮助他们根据 BBU OCP ORV3 提供的复杂规范，构建更智能、更可靠、更经济高效的解决方案。这得益于我们精心设计的部件选择流程、完善的指南、工程方法和程序建议。
参考文献
：1 David Sun. “Open Compute Project Open Rack V3 48 BBU Rev: 1.3.” Open Compute Project, November 2022.

关于作者

Christian Cruz是Analog Devices公司菲律宾分公司的应用开发工程师。他拥有菲律宾东马尼拉大学电子工程学士学位。他在模拟和数字电路设计、固件设计以及电力电子领域拥有超过12年的工程经验，包括电源管理集成电路的开发，以及交流-直流和直流-直流电源转换。他于2020年加入ADI，目前负责云计算和系统通信应用的电源管理需求。.

关于作者

拉尔夫·克拉伦兹·马托西诺斯毕业于菲律宾马尼拉市立大学（PLM），获得电子工程理学学士学位。他拥有超过一年的工程经验，并在模拟和数字设计以及电力电子领域拥有专业知识，包括电池管理系统集成电路和直流-直流电源转换的开发。.