熱插拔硬件電路設(shè)計(jì)技術(shù)探析
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摘要:熱插拔技術(shù)是實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，早期的熱插拔技術(shù)實(shí)現(xiàn)主要依靠電容電感的瞬間沖擊抑制實(shí)現(xiàn)的，但是這種做法會導(dǎo)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(shè)計(jì)方法仍然沒有控制好電流，電路設(shè)計(jì)的可靠性不夠，本文針對新型熱插拔技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提出了思路，并且根據(jù)不同方案的設(shè)計(jì)方法提供了具體解決步驟
關(guān)鍵詞:即插即用負(fù)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(shí)用性要求也有所提升，系統(tǒng)控制的精度問題已經(jīng)成為關(guān)鍵，即插即用已經(jīng)是模件的基本要求，在一些特殊情況下有可能同時(shí)具備計(jì)算機(jī)外檢和供電系統(tǒng)共同需要即插即用的特性，但是電子設(shè)備初期會產(chǎn)生非常大的瞬間電流，導(dǎo)致電源發(fā)生擾動(dòng)，有時(shí)候擾動(dòng)會沖擊到電源，在不斷電的情況下，插拔電子設(shè)備，擾動(dòng)的存在還會致使負(fù)載發(fā)生持續(xù)的加長或降低，需要進(jìn)行專門的硬件設(shè)計(jì)，讓插拔能夠及時(shí)復(fù)位或及時(shí)重啟，因此使用熱插拔技術(shù)設(shè)計(jì)硬件是技術(shù)關(guān)鍵。早期的熱插拔技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑主要是是靠電容和電感，實(shí)現(xiàn)對沖擊的瞬間抑制，但是這種做法有可能導(dǎo)致電源受到巨大沖擊，然后系統(tǒng)有可能因此發(fā)生復(fù)位和重啟，后來依靠三極管技術(shù)和分立器技術(shù)，用新型的熱插拔芯片，逐漸實(shí)現(xiàn)了熱插拔技術(shù)電流控制目標(biāo)。
1卡件式電源熱插拔電路設(shè)計(jì)
凌力爾特公司開發(fā)的LTC4218是一種專為卡件式電路設(shè)計(jì)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(nèi)部有一個(gè)開關(guān)控制器可以對電源外部的N通道進(jìn)行控制，允許電路板在帶點(diǎn)的時(shí)候進(jìn)行拔出和插入。其標(biāo)準(zhǔn)配置有各種可控制閥門，專用12V版本，包含了各種特殊設(shè)計(jì)，同時(shí)該控制器還可以調(diào)節(jié)電流和控制電壓，電源具有良好的監(jiān)視功能，該設(shè)計(jì)提供了精度為百分之五的電流折返功能，限制電流的時(shí)候采用了不同的電阻進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)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(shè)計(jì)
采用冗余電源供電的卡式系統(tǒng)進(jìn)行LTC4236作為控制芯片，它具有二極管通道，進(jìn)行單通道控制，專門控制冗余電源，或?qū)﹄娏鬟M(jìn)行控制，在冗余電源管理的過程中，可以實(shí)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(shí)間內(nèi)控制峰值的電流，具有可調(diào)節(jié)的折疊功能，從而實(shí)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(jìn)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(shè)置在卡槽的倆擰斷，在控制器能夠?qū)ú圻M(jìn)行連接的情況下，分別有正電源和負(fù)電源接觸電路，才能方便電路正常工作，其兩個(gè)控制模塊都受到控制卡槽的控制，將冗余的電源實(shí)現(xiàn)邏輯控制，在二極管之間實(shí)現(xiàn)接近于零的控制。在電流超過限制的時(shí)候，控制器會進(jìn)行關(guān)閉，在FB引腳的電位出現(xiàn)下降的時(shí)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(guān)，當(dāng)電壓處于高位的時(shí)候，電源將打開至MOSET，其中幾個(gè)控制電源都會事先暫時(shí)關(guān)閉，然后電源芯片打開了電路，電源故障的時(shí)候會引致ON至小電源的電路，并關(guān)閉電源芯片。
3卡式雙電源熱插拔電路的設(shè)計(jì)
一些卡式系統(tǒng)因?yàn)橥瑫r(shí)具備不同電壓值的雙電源控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)當(dāng)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(nèi)工作，在接口和監(jiān)視功能之間進(jìn)行選擇，通常熱插拔選用雙通道，在帶點(diǎn)的背板上面可以安全的運(yùn)行兩路電源，通常熱插拔系統(tǒng)可以進(jìn)行安全操作，利用外部的N通道和電路板上的電源電壓設(shè)計(jì)可以讓通道的頻率獲得上升，如果接口監(jiān)視結(jié)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(jìn)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(shè)計(jì)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(shè)置在卡槽的不同端點(diǎn)，其中不同的位置設(shè)置不同的電壓保護(hù)控制設(shè)施，在9.9V的過壓引腳設(shè)置的時(shí)候，可以配置一個(gè)管腳電壓檢測引腳，當(dāng)發(fā)生過電保護(hù)控制的時(shí)候還可能具有一些發(fā)夾保護(hù)功能，例如故障中中斷主機(jī)等。
4采用電池供電的系統(tǒng)的熱插拔設(shè)計(jì)
電池供電系統(tǒng)往往也要求各種部件進(jìn)行熱插拔設(shè)計(jì)，電池供電系統(tǒng)所采用的控制其實(shí)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(shè)計(jì)的高壓一側(cè)的開關(guān)驅(qū)動(dòng)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(dāng)其發(fā)生速率斜坡上升的時(shí)候及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，該控制器還有一個(gè)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(shè)備可以進(jìn)行及時(shí)使用，通過周期監(jiān)視器可以對過壓情況進(jìn)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(shí)切斷控制器，此時(shí)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(shí)現(xiàn)電路板的插拔操作。使用該電流控制系統(tǒng)可以進(jìn)行完美的熱插拔操作。
5結(jié)語
電子設(shè)備如果要實(shí)現(xiàn)即插即用的功能，就需要具備熱插拔功能，但是電子設(shè)備設(shè)計(jì)之初會因?yàn)檩^大的瞬間電流沖擊而發(fā)生擾動(dòng)，為了克服這種擾動(dòng)帶來的不利影響，本文提出了幾種新型的熱插拔電路設(shè)計(jì)方案，針對不同的供電情況有不同的設(shè)計(jì)方法，并對不同的電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，希望這些方法可以在設(shè)計(jì)實(shí)踐中取得成功。
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作者：金天星 單位：中國船舶重工集團(tuán)第七二三研究所六部