為了實現越來越小的占板麵積需求，采用的元器件也變得越來越少。麵對更短的產品上市時間，工程師不得不想方設法簡化設計。MPS 最新推出的一款集成PMBus 接口的熱插拔解決方案 MP5023

，為工程師提供了一種創新的解決方案，助力其應對上述設計挑戰。 

 

熱插拔過程 

 

與許多通信基礎架構一樣，高可用性和高可靠性是數據中心係統設計的關鍵要素。可插拔模塊和PCB（例如服務器和存儲設備）在電源接口需要采用保護和控製電路。可插拔模塊和PCB（例如服務器和存儲設備）在zai電dian源yuan接jie口kou需xu要yao采cai用yong保bao護hu和he控kong製zhi電dian路lu。通tong常chang將jiang此ci電dian路lu稱cheng之zhi為wei熱re插cha拔ba控kong製zhi電dian路lu。想xiang要yao了le解jie熱re插cha拔ba控kong製zhi電dian路lu對dui係xi統tong的de作zuo用yong，首shou先xian需xu了le解jie熱re插cha拔ba動dong作zuo前qian後hou係xi統tong狀zhuang態tai的de變bian化hua。圖tu 1 顯示的主機係統背板起qi初chu為wei完wan全quan通tong電dian狀zhuang態tai。在zai帶dai電dian係xi統tong中zhong
，所suo有you的de大da容rong量liang電dian容rong和he旁pang路lu電dian容rong都dou已yi充chong滿man電dian。將jiang未wei充chong電dian的de板ban卡ka插cha入ru帶dai電dian係xi統tong，會hui快kuai速su為wei板ban卡ka充chong電dian並bing對dui帶dai電dian係xi統tong進jin行xing放fang電dian。若ruo對dui板ban卡ka的de充chong電dian不bu進jin行xing控kong製zhi, 會需要非常大的浪湧電流; 而對係統放電電流不控製, 會大大降低

 

圖 1：電信係統中分布式電源架構示例

 

熱re插cha拔ba解jie決jue方fang案an可ke以yi很hen好hao地di控kong製zhi板ban卡ka的de上shang電dian時shi序xu和he管guan理li係xi統tong的de響xiang應ying。當dang板ban卡ka插cha入ru連lian接jie器qi後hou，板ban卡ka與yu係xi統tong正zheng確que配pei對dui需xu要yao幾ji毫hao秒miao的de時shi間jian。當dang板ban卡ka插cha入ru後hou，卡ka上shang電dian容rong開kai始shi充chong電dian, 從cong帶dai電dian係xi統tong中zhong吸xi收shou電dian流liu。一yi旦dan電dian容rong開kai始shi充chong電dian，板ban卡ka類lei似si對dui地di短duan路lu並bing出chu現xian非fei常chang大da浪lang湧yong電dian流liu。這zhe種zhong浪lang湧yong電dian流liu對dui係xi統tong的de要yao求qiu很hen高gao
，可ke能neng會hui導dao致zhi係xi統tong電dian容rong放fang電dian以yi及ji係xi統tong電dian壓ya下xia降jiang。熱re插cha拔ba解jie決jue方fang案an在zai不bu關guan閉bi係xi統tong電dian源yuan的de情qing況kuang下xia
，可ke以yi將jiang卡ka/板插入或拔出, 而不影係統的正常工作。 

 

設計挑戰 

 

在服務器和存儲等應用中，熱插拔解決方案的特點通常包括：在插入和拔出過程中，對帶電電路板浪湧電流的安全控製；故障監控診斷和保護以及高精度的電氣（電壓
，電流，功率）和環境（溫度）參數，以便在模擬或數字域中提供實時係統遙測。尤其在服務器機架中的一個線卡/板發生故障時，故障應與特定線卡/板隔離，並且不得影響係統背板或由該帶電背板供電的其他線卡/板。 

 

防止係統停機的最好方法是檢測、響應並盡快糾正潛在損壞故障。  

 

傳統的熱插換保護控製電路設計方法是使用分立元件。通常分立式熱插拔解決方案會包括一個控製IC、功率器件（如 MOSFET）、以(yi)及(ji)采(cai)樣(yang)電(dian)阻(zu)
，用(yong)來(lai)管(guan)理(li)背(bei)板(ban)和(he)主(zhu)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)功(gong)率(lv)流(liu)動(dong)，防(fang)止(zhi)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)並(bing)擾(rao)亂(luan)其(qi)他(ta)係(xi)統(tong)。此(ci)種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)基(ji)本(ben)的(de)保(bao)護(hu)要(yao)求(qiu)。但(dan)分(fen)立(li)式(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)短(duan)板(ban)也(ye)是(shi)眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)的(de)，比(bi)如(ru)：

 

● 元件使用量多，占版麵積大。元件越多，係統的穩健性和可靠性就越受影響。

● 分立式方案的MOSFET沒有熱保護功能。在極端條件下，其熱設計通常會超出設備保護的安全工作區（SOA）限製。

● 故在PCB布局時需格外小心。工程師必須了解Kelvin電流采樣技術，才能正確精準地進行電流監控和限流操作。

 

youyuzengjialexitongdefuzaxingbingqiesuoduanleshejizhouqi，shejiziyuanbiandegengjiajinque，ziyuanfenpeizhuyaoqujueyukaifaxitongdeguanjianzhishichanquan。zhetongchangyiweizhezhinengzaikaifahouqicainengguanzhudianyuan。 

 

因(yin)為(wei)很(hen)難(nan)通(tong)過(guo)有(you)限(xian)的(de)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)專(zhuan)業(ye)知(zhi)識(shi)來(lai)快(kuai)速(su)解(jie)決(jue)上(shang)述(shu)缺(que)點(dian)
，因(yin)此(ci)，越(yue)來(lai)越(yue)需(xu)要(yao)開(kai)發(fa)出(chu)可(ke)靠(kao)的(de)熱(re)插(cha)拔(ba)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。理(li)想(xiang)的(de)熱(re)插(cha)拔(ba)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)應(ying)該(gai)具(ju)備(bei)小(xiao)封(feng)裝(zhuang)、高性價比、高可靠性以及采用最簡單的設計等特質。 

 

創新型解決方案 

 

與傳統的分立式解決方案不同，MPS研發的單片解決方案—MP5023 是一款16V熱插拔解決方案，它集成了MOSFET和采樣電阻以及一個可以處理50A電流的PMBus接口，並且所有元器件均集成在一個單獨的矽片中 （見圖2）。MP5023 采用小型 QFN(4mmx5mm) 封裝。

 

圖 2：MP5023 對比分立式熱插拔解決方案

 

MP5023 可以最大限度地減少外部元器件的使用數量，簡化係統設計（見圖 3）。工程師僅需選擇正確的阻值來設置電流監控、限流功能和PMBus地址
、以及用於軟啟動和其他定時功能的正確電容數值即可。MP5023 還簡化了PCB的布局問題，優化了IC封裝裏的MOSFET和采樣電阻連接。它可以內部補償Kelvin采樣過程中的不完整性和誤差，大大節省了工程師的工作時間和精力。 

 

圖 3：MP5023典型應用電路

 

與分立式解決方案相比

，MP5023 的優勢在於其采用了先進的單片製程，因此電流監控和限流精度得到了很好的控製。在各種溫度範圍內
，它都能在10A至50A之間實現±1.5％的電流監控精度（見圖4）。 

 

集成的MOSFET能夠監控管芯上的溫度以便及時關閉MP5023。一旦芯片進入過溫關斷保護
，芯片會保持關閉狀態（鎖定保護）或在結溫降至過溫保護閾值以下後嚐試重新啟動（自動重啟）。PMBus會監控並讀取芯片溫度。因此
，工程師無需過多地設計MOSFET和熱保護
，即可在極端故障條件下將器件保持在SOA限製內。

 

圖 4：IMON 增益精度對比輸出電流和溫度 

 

MP5023 含有一個PMBus接口且能兼容PMBus 1.3標準，可以提供簡單而靈活的配置方式、電路板和準確的係統控製，以及具體而精確的監控和遙測技術。PMBus接口還可以對一些參數進行編程
，如電壓、電流、溫(wen)度(du)和(he)故(gu)障(zhang)參(can)數(shu)，並(bing)能(neng)讀(du)取(qu)和(he)報(bao)告(gao)實(shi)時(shi)信(xin)息(xi)。而(er)且(qie)還(hai)可(ke)以(yi)動(dong)態(tai)調(tiao)節(jie)這(zhe)些(xie)參(can)數(shu)。實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)能(neng)夠(gou)全(quan)麵(mian)了(le)解(jie)方(fang)案(an)的(de)性(xing)能(neng)，讓(rang)工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)預(yu)測(ce)性(xing)分(fen)析(xi)來(lai)優(you)化(hua)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)，並(bing)在(zai)需(xu)要(yao)修(xiu)複(fu)時(shi)使(shi)用(yong)更(geng)多(duo)數(shu)據(ju)分(fen)析(xi), 來最小化停機時間。 

 

結論 

 

將上述因素結合到諸如 MP5023之(zhi)類(lei)的(de)熱(re)插(cha)拔(ba)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)中(zhong)，可(ke)以(yi)使(shi)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)適(shi)應(ying)當(dang)前(qian)的(de)需(xu)求(qiu)，既(ji)消(xiao)除(chu)了(le)重(zhong)複(fu)的(de)勞(lao)動(dong)密(mi)集(ji)型(xing)活(huo)動(dong)，又(you)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)工(gong)程(cheng)師(shi)減(jian)少(shao)占(zhan)板(ban)麵(mian)積(ji)，加(jia)速(su)產(chan)品(pin)上(shang)市(shi)。

 

 

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