不同供電情況下熱插拔硬件電路設計技術

金天星

摘要 熱插拔技術是實現(xiàn)硬件設計的關鍵技術，早期的熱插拔技術實現(xiàn)主要依靠電容電感的瞬間沖擊抑制實現(xiàn)的，但是這種做法會導致電流瞬間對電源造成巨大沖擊，后來逐步引入了延遲配電的概念，但是電路的設計方法仍然沒有控制好電流，電路設計的可靠性不夠，本文針對新型熱插拔技術的實現(xiàn)提出了思路，并且根據(jù)不同方案的設計方法提供了具體解決步驟。

【關鍵詞】即插即用 負載躍升 熱插拔

控制系統(tǒng)對控制的精度要求越來越高，對控制的實用性要求也有所提升，系統(tǒng)控制的精度問題已經成為關鍵，即插即用已經是模件的基本要求，在一些特殊情況下有可能同時具備計算機外檢和供電系統(tǒng)共同需要即插即用的特性，但是電子設備初期會產生非常大的瞬間電流，導致電源發(fā)生擾動，有時候擾動會沖擊到電源，在不斷電的情況下，插拔電子設備，擾動的存在還會致使負載發(fā)生持續(xù)的加長或降低，需要進行專門的硬件設計，讓插拔能夠及時復位或及時重啟，因此使用熱插拔技術設計硬件是技術關鍵。

早期的熱插拔技術實現(xiàn)路徑主要是是靠電容和電感，實現(xiàn)對沖擊的瞬間抑制，但是這種做法有可能導致電源受到巨大沖擊，然后系統(tǒng)有可能因此發(fā)生復位和重啟，后來依靠三極管技術和分立器技術，用新型的熱插拔芯片，逐漸實現(xiàn)了熱插拔技術電流控制目標。

1 卡件式電源熱插拔電路設計

凌力爾特公司開發(fā)的LTC4218是一種專為卡件式電路設計的熱插拔控制器，其工作電壓范圍在2.9V到26.5V之間，控制器的內部有一個開關控制器可以對電源外部的N通道進行控制，允許電路板在帶點的時候進行拔出和插入。其標準配置有各種可控制閥門，專用12V版本，包含了各種特殊設計，同時該控制器還可以調節(jié)電流和控制電壓，電源具有良好的監(jiān)視功能，該設計提供了精度為百分之五的電流折返功能，限制電流的時候采用了不同的電阻進行調整，同時還包含了可以參考電位的電流監(jiān)視輸出器。

2 卡式冗余電源熱插拔電路設計

采用冗余電源供電的卡式系統(tǒng)進行LT℃4236作為控制芯片，它具有二極管通道，進行單通道控制，專門控制冗余電源，或對電流進行控制，在冗余電源管理的過程中，可以實現(xiàn)冗余電源的安全插拔操作，其控制電源維持在9V到18V之間，在電流監(jiān)視輸出器的控制下，可以在小于1微秒的時間內控制峰值的電流，具有可調節(jié)的折疊功能，從而實現(xiàn)了無震蕩的平滑的切換功能，在該控制器發(fā)生故障之后，還可以進行為人的卡鎖操作。在該控制器發(fā)生故障的情況下，其卡式操作具體作用如下，12伏電源為輸入的冗余電源，在插卡槽里面分別將電源的兩端設置在卡槽的倆擰斷，在控制器能夠對卡槽進行連接的情況下，分別有正電源和負電源接觸電路，才能方便電路正常工作，其兩個控制模塊都受到控制卡槽的控制，將冗余的電源實現(xiàn)邏輯控制，在二極管之間實現(xiàn)接近于零的控制。在電流超過限制的時候，控制器會進行關閉，在FB引腳的電位出現(xiàn)下降的時候，會和R6發(fā)生連接，引腳會發(fā)生高電位的電源故障控制，引腳芯片會發(fā)生控制開關，當電壓處于高位的時候，電源將打開至MOSET，其中幾個控制電源都會事先暫時關閉，然后電源芯片打開了電路，電源故障的時候會引致ON至小電源的電路，并關閉電源芯片。

3 卡式雙電源熱插拔電路的設計

一些卡式系統(tǒng)因為同時具備不同電壓值的雙電源控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)當中的熱插拔電路可以采用凌力爾特公司的LTC4222，這是一種專用的控制器件，可以在2.9V和29V之間的范圍之內工作，在接口和監(jiān)視功能之間進行選擇，通常熱插拔選用雙通道，在帶點的背板上面可以安全的運行兩路電源，通常熱插拔系統(tǒng)可以進行安全操作，利用外部的N通道和電路板上的電源電壓設計可以讓通道的頻率獲得上升，如果接口監(jiān)視結果顯示是電流和電壓狀態(tài)的故障問題，則改元器件還有折返電路進行控制，遇到這種情況會出現(xiàn)電流的速率變化的軟起伏電路，在卡式電流設計之中采用該種元器件是較好的選擇?？梢詫?2V和3.3V的電源分別設置在卡槽的不同端點，其中不同的位置設置不同的電壓保護控制設施，在9.9V的過壓引腳設置的時候，可以配置一個管腳電壓檢測引腳，當發(fā)生過電保護控制的時候還可能具有一些發(fā)夾保護功能，例如故障中中斷主機等。

4 采用電池供電的系統(tǒng)的熱插拔設計

電池供電系統(tǒng)往往也要求各種部件進行熱插拔設計，電池供電系統(tǒng)所采用的控制其實凌力爾特公司開發(fā)的LTC4231，這一款控制器是微功率型的控制器，其工作范圍是2.7到36伏，可以在不斷電的要求下安全的插拔電路板，其設計的高壓一側的開關驅動可以控制外部的通道，背對外部通道的則是低壓控制電流版，該控制器還可以提供一種反跳延遲措施，并且當其發(fā)生速率斜坡上升的時候及時進行保護，該控制器還有一個反跳延遲功能，可以允許低速路的斜坡上升。在靜態(tài)電流的環(huán)境中，其操作期間的電流會降到4微安一下，在這種非常小的功率消耗之下，電池的供電設備可以進行及時使用，通過周期監(jiān)視器可以對過壓情況進行監(jiān)視，并將總的靜電流維持在低水平。如果SHDN出現(xiàn)拉低的情況，則會及時切斷控制器，此時的靜電流會降至1微安之下，該控制器在過流故障期間也會發(fā)生電流限制，電源可以在不斷電的情況下實現(xiàn)電路板的插拔操作。使用該電流控制系統(tǒng)可以進行完美的熱插拔操作。

5 結語

電子設備如果要實現(xiàn)即插即用的功能，就需要具備熱插拔功能，但是電子設備設計之初會因為較大的瞬間電流沖擊而發(fā)生擾動，為了克服這種擾動帶來的不利影響，本文提出了幾種新型的熱插拔電路設計方案，針對不同的供電情況有不同的設計方法，并對不同的電路的設計進行了論述，希望這些方法可以在設計實踐中取得成功。

參考文獻

[1]張志鵬，韓崇偉，楊剛，李鵬啟，曹雷，熱插拔技術在現(xiàn)場可更換模塊中的應用研究[J].兵工自動化，2016，35 （06）：21-26.

[2]張雪梅，王玉宏，基于TPS2491的熱插拔保護電路設計[J].電子設計工程，2014，22 （17）：63-66.

[3]宋飛，胡世平，姚信安.基于LT16 41的雙路熱插拔電路設計[J].電子元器件應用，2008 （04）：4-7.

[4]吳蓉，熱插拔控制芯片的研究[D].浙江大學，2005.