|
通信設(shè)備通常采用多線卡﹑背板架構(gòu)。在背板上有多個(gè)卡槽，線卡插接在這些卡槽里。線卡承載業(yè)務(wù)，背板提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線和電源總線。線卡通過(guò)背板上的總線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)以及與主控板的通訊。整個(gè)設(shè)備一旦上電，就必須持續(xù)工作，不能下電。在整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，線卡可能需要維修﹑升級(jí)﹑配置或者是擴(kuò)容。這就需要在背板帶電的情況下將線卡拔出/插入，整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)不能下電。為了可靠的實(shí)現(xiàn)這一帶電插拔過(guò)程，控制對(duì)背板電源總線的沖擊，通常使用熱插拔電路。為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性，通信設(shè)備還會(huì)采用電源備份架構(gòu)。當(dāng)主電源損壞后，備份電源會(huì)及時(shí)切入，以確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 “或”邏輯控制電路就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一電源切換的功能。熱插拔電路和“或”邏輯控制電路為通信設(shè)備這類的多線卡﹑背板設(shè)備，提供了高可靠性的解決方案。 熱插拔的基本原理 線卡的電源入口側(cè)通常都有幾百微法拉~幾千微法拉的電容，用于電源濾波和儲(chǔ)能。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)，插在背板上的線卡，其入口側(cè)電容都是充滿的。當(dāng)將另外一塊線卡插入正在運(yùn)行中的背板上時(shí)，這些無(wú)電荷的電容會(huì)被充電。因?yàn)榫�卡和背板金屬件的接觸在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，線卡的入口電容容值又較高，充電電流可以很大，如圖1所示。 圖1. 插入線卡時(shí)的電流流向 圖1中，當(dāng)3號(hào)線卡插入時(shí)，C4被快速充電，一部分充電電流來(lái)自C1﹑C2，還有一些充電電流來(lái)由電源模塊�；谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)的不同，充電電流可以在很短的時(shí)間內(nèi)，達(dá)到幾百安培的水平。 這一電流沖擊可能造成背板總線電壓的跌落，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。這一不受控的電流沖擊過(guò)程還可能造成系統(tǒng)的損壞，例如：損壞濾波電容，PCB走線，背板連接器。 應(yīng)對(duì)這一現(xiàn)象的最好方法就是使用熱插拔控制器，來(lái)控制插拔過(guò)程中沖擊電流的峰值。 備份電源 高可靠性的通訊系統(tǒng)，常常應(yīng)用備份電源架構(gòu)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)主電源工作異常或失效時(shí)，備份電源會(huì)及時(shí)切入，維持系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。在該架構(gòu)中，常用的方法是使用一對(duì)二極管來(lái)構(gòu)建電源的“或”邏輯，連接在主/備電源和負(fù)載之間。該電路的缺點(diǎn)是二極管的正向?qū)妷狠^高，二極管上有較高的損耗�！盎颉边壿嬁刂破骶褪怯脕�(lái)模仿二極管的電特性，同時(shí)降低整個(gè)系統(tǒng)的損耗。 【分頁(yè)導(dǎo)航】 第1頁(yè)：熱插拔的基本原理 第2頁(yè)：熱插拔功能 第3頁(yè)：“或”邏輯控制器 使用雙通道熱插拔、“或”邏輯控制器 低壓差“或”邏輯開(kāi)關(guān)控制器獨(dú)立地控制每個(gè)通道的背靠背nMOSFET，實(shí)現(xiàn)熱插拔和“或”邏輯控制�？刂破鲀�(nèi)置四個(gè)MOSFET 驅(qū)動(dòng)器(GATE1_和GATE2_)，GATE1_ 控制外部n溝道功率MOSFET實(shí)現(xiàn)“或”邏輯，防止主/備電源間的電流流動(dòng)或OUT到IN間的電流倒灌；GATE2_控制外部n溝道功率MOSFET實(shí)現(xiàn)熱插拔功能。通路上的精密電阻，用于電流采樣。 熱插拔功能 開(kāi)關(guān)控制器(這里的MAX5944)實(shí)時(shí)監(jiān)控采樣電阻RSENSE兩端的電壓，調(diào)整沖擊電流的大小來(lái)保證VIS在限流門限電壓VTH以下，見(jiàn)圖2。 圖2. MAX5944“或”邏輯開(kāi)關(guān)控制器通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)RSENSE兩端電壓限制沖擊電流 限流門限電壓VTH為固定值，通過(guò)改變采樣電阻的值來(lái)設(shè)定每個(gè)通道的限流值，ILIMIT_ = VTH /RSENSE_. 當(dāng)負(fù)載電流小于限定值(ILIMIT)時(shí), GATE2_ 上升到VGS=5.5V將Q2_完全導(dǎo)通。當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)限定值(ILIMIT)時(shí)，MAX5944會(huì)將GATE2_ 拉低，降低流過(guò)Q2_的電流，將其限定在限流值ILIMIT。這時(shí)輸出OUT_的表現(xiàn)類似于恒流源。 圖3所示，通道1 (ch1)為負(fù)載電壓，通道3 (ch3)為GATE2_的柵壓，通道4 (ch4)為插拔過(guò)程中的沖擊電流。負(fù)載電流2A，負(fù)載電容220uF。如圖所示，在線卡插入后，沖擊電流快速上升，最終被限定在限流值。 圖3. 插入未充電背板 【分頁(yè)導(dǎo)航】 第1頁(yè)：熱插拔的基本原理 第2頁(yè)：熱插拔功能 第3頁(yè)：“或”邏輯控制器 “或”邏輯控制器 INA 和INB分別連接至主﹑備電源。當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，MAX5944 會(huì)自動(dòng)﹑平順的將備用電源接入。GATE1_ 控制MAX5944 “或”邏輯功能。最初， GATE1_關(guān)閉，負(fù)載電流流過(guò)Q1_的寄生二極管, 見(jiàn)圖2。當(dāng)VIS電壓超過(guò)5mV（“或”邏輯開(kāi)啟的門限電壓），GATE1_ 電壓上升，并超過(guò)SENSE_ 電壓5.5V，開(kāi)啟Q1_。 圖4是備份電源切入的一個(gè)示例。Ch1為負(fù)載電壓，Ch2為GATE1_A 的電壓波形。電源A連接在INA，電源B連接在INB。電源A的正常工作電壓高于電源B的正常工作電壓。即INA管腳的電壓VINA高于INB 管腳的電壓VINB。顯然，在本例中電源A為主電源，電源B為備份電源。當(dāng)電源A故障時(shí)，INA管腳的電壓VINA跌落。VIS 電壓跌落至“或”邏輯開(kāi)啟的門限電壓以下。MAX5944立刻關(guān)斷Q1A，阻斷來(lái)自負(fù)載的倒灌電流。由于Q1A關(guān)斷，負(fù)載電容上的電壓OUTA/B，在負(fù)載電流的作用下跌落。當(dāng)負(fù)載電壓OUTA/B低于INB 管腳的電壓VINB時(shí)，電源B開(kāi)始為負(fù)載供電。整個(gè)過(guò)程中，MAX5944自動(dòng)偵測(cè)主電源的電壓跌落，平順的切換至備用電源。 圖4. VINA 跌落, MAX5944 自動(dòng)切入備份電源 結(jié)論 對(duì)于采用多線卡﹑背板架構(gòu)的通信設(shè)備，熱插拔是保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的必要功能。結(jié)合“或”邏輯控制的主﹑備電源架構(gòu)，則進(jìn)一步的提升了系統(tǒng)可靠性。MAX5944集成了雙通道的熱插拔控制電路，和“或”邏輯控制電路。 【分頁(yè)導(dǎo)航】 第1頁(yè)：熱插拔的基本原理 第2頁(yè)：熱插拔功能 第3頁(yè)：“或”邏輯控制器 |
