不同供電情況下熱插拔硬件電路設計技術

金天星

摘要 熱插拔技術是實現硬件設計的關鍵技術，早期的熱插拔技術實現主要依靠電容電感的瞬間沖擊抑制實現的，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提出了思路，并且根據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生持續的加長或降低，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路徑主要是是靠電容和電感，實現對沖擊的瞬間抑制，但是這種做法有可能導致電源受到巨大沖擊，然后系統有可能因此發生復位和重啟，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電流和控制電壓，電源具有良好的監視功能，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，具有可調節的折疊功能，從而實現了無震蕩的平滑的切換功能，在該控制器發生故障之后，還可以進行為人的卡鎖操作。在該控制器發生故障的情況下，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，將冗余的電源實現邏輯控制，在二極管之間實現接近于零的控制。在電流超過限制的時候，控制器會進行關閉，在FB引腳的電位出現下降的時候，會和R6發生連接，引腳會發生高電位的電源故障控制，引腳芯片會發生控制開關，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

一些卡式系統因為同時具備不同電壓值的雙電源控制系統，這些系統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，如果接口監視結果顯示是電流和電壓狀態的故障問題，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。可以將12V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，當發生過電保護控制的時候還可能具有一些發夾保護功能，例如故障中中斷主機等。

4 采用電池供電的系統的熱插拔設計

電池供電系統往往也要求各種部件進行熱插拔設計，電池供電系統所采用的控制其實凌力爾特公司開發的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。在靜態電流的環境中，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，通過周期監視器可以對過壓情況進行監視，并將總的靜電流維持在低水平。如果SHDN出現拉低的情況，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生電流限制，電源可以在不斷電的情況下實現電路板的插拔操作。使用該電流控制系統可以進行完美的熱插拔操作。

5 結語

電子設備如果要實現即插即用的功能，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.