你的系统电源够“可靠”吗？一文学会常用电源的冗余设计
一、冗余电源的配置形式
01 1+1电源配置：
该系统有一个电源模块即可正常工作，但在配置上是两个电源模块，其中一个电源模块是作为冗余电源备份的。主要特点是两台互备，简单可靠，空间小，利用率低。例如PLC系统，小型服务器等等。
02 N+1电源配置：
该服务器有N个电源模块即可正常工作，但在配置上是N+1个电源模块，其中一个电源模块是作为冗余电源备份的。主要特点是多台共用 1 台备份，利用率高，适合大电流、可在线扩容。例如：数据中心，大容量系统等。
二、架构图
1+1冗余模式的架构
N+1冗余架构
从以上可以看出: 无论是1+1或者N+1冗余类型，相同点都需要看负载需求；尤其N+1的类型，由N个冗余输出并联共同承担了负载电流的需求，负载端需要用一个汇流排来接收，汇流排的容量需要大于所有冗余电源容量的总和。例如有3个20A的冗余模块并联，电源也为20A,那么总的电流等于20Ax3=60A。（这里以明纬电源为例）
三、明纬和西门子电源的接线的异同
01 明纬（DR-RDN20/40 系列）
明纬（DR-RDN20/40 系列）冗余模块在内部已经把两台电源的负端与输出负端短接，所以外部再额外连一根线不仅多余，还可能引入环路干扰。明纬采用共地 MOSFET OR-ing 拓扑；模块 PCB 上已用铜排把 INPUT1-、INPUT2-、OUTPUT- 三点直接短接。因此从电气角度看，电源负端与冗余模块输出负端本来就是同一点电位。（明纬40A和20A冗余类同）
从框图看的出来，在明纬冗余电源模块的内部，Vin1-、Vin2-和Vout-事实上是短接的，所以经常看到电源输出端的DC24V正极分别接到了冗余模块的Vin1+、Vin2+,冗余模块的负极输入端未接线，而是把电源的负极和冗余模块的输出端负极短接，直接接到了负载端。如图1。
图1
实际上和电源输出端的正负分别接到冗余模块的通道1和通道2的正负，再由冗余模块输出端正负接到负载端是一样的。如图2。
图2
02 西门子 SITOP
电源冗余模块内部对负极是隔离或独立汇流排，需要外部“母排”强制共地。在 SITOP电源所有 24 V 主电源与 SITOP 冗余模块组合时，必须把“电源的直流负端（0 V / OV）”和“冗余模块输出端的负端（0 V / GND）”用一根等截面铜排或粗线直接连在一起，原因有三点：
(1) 形成公共参考电位
冗余模块内部采用肖特基二极管或 MOSFET 去耦，仅对正极做 OR-ing；负极仍需外部短接，才能保证两台电源与负载在同一 0 V 参考面上工作。
(2) 均流与压降控制
西门子要求并联的两台电源到公共汇流点的“+”和“–”线路必须长度、截面完全一致。若负极不共点，会因线路阻抗差异造成负载端电压漂移，触发欠压报警。
(3) 避免电缆过载
当使用扩展模块或冗余模块时，所有 0 V 电流必须回到基本模块的 OV 端子，再经统一母排分配到各支路；若把扩展模块的 GND 当 0 V 用，会导致该段电缆过载。
因此，西门子图纸中的“负端互联”并不是可选，而是强制要求，以确保 0 V 同电位、均流对称、保护电缆和实现冗余切换无扰动。
◆ 2台≤10A电源模块冗余配置方案
◆ 2台≤20A电源模块冗余配置方案
◆ ＞20A电源模块冗余配置方案
以上是西门子电源的冗余系统，无论是10A,20A的冗余系统，电源的负极和冗余模块的负极都必须短接，形成等电位连接。
用于两台电源的冗余配置时，需要保证冗余模块的总输出电流>=2组SITOP直流电源的额定电流之和。根据直流电源额定电流的不同，可能需要配置1个或2个冗余模块：
• 用于2组额定输出电流不大于5A的电源冗余配置时，需要1个输出电流为10A的冗余模块，6EP1964-2BA00或6EP1962-2BA00(满足NEC Class 2 )，见图1。
• 用于2组额定输出电流大于5A且不大于10A的电源冗余配置时，可以选择2个输出电流为10A的冗余模块，见图2，或者1个输出电流为40A的冗余模块，见图1。
• 用于2组额定输出电流大于10A且不大于20A的电源冗余配置时，需要1个输出电流为40A的冗余模块，6EP1961-3BA21，见图1。
• 用于2组额定输出电流为20A以上电源冗余配置时，则需要2个输出电流为40A的冗余模块。每个冗余模块分别配置给一个电源，且每个模块上的端子"In 24V- 1"和"In 24-2"必须与电源模块两路"+"输出端子连接，见图2。
可以看到西门子SITOP电源和明纬电源的区别还是比较明显的，西门子电源冗余模块必须大于电源的总容量，且电源及冗余模块的负极需要形成等电位。
由此可见，不同厂家的冗余电源系统的配置需要具体考量厂家的设计和特点，不能全部混为一谈，具体厂家具体对待。
作者：
网名禅主，80后，2015年开始从事环保行业自控及电气系统设计，调试工作，已有10年时间；先后从事过污泥处理，工业废水处理，污水处理，市政泵站，调蓄池相关工作。
2025年09月
