中心議題：

• 采用48V分布式電源結構時應考慮的設計問題
• 用控製器電路解決熱插拔運行中的安全問題

解決方案：

• 帶電插拔時，各種參數決不能超過各元件的極限值或絕對最大額定值
• 帶電插入電源模塊(IAM)
  
  ，浪湧電流必須限製在可接受的數值
• 帶電插入DC-DC轉換器時，轉換器的負載電流必須限製在額定值以內
• 負載斷開或者未接取樣線時不允許DC-DC轉換器傳輸能量

帶dai電dian插cha撥bo功gong能neng同tong時shi也ye稱cheng為wei熱re插cha拔ba功gong能neng，在zai電dian源yuan設she計ji中zhong是shi非fei常chang重zhong要yao的de。在zai采cai用yong故gu障zhang容rong限xian電dian源yuan架jia構gou的de應ying用yong係xi統tong中zhong

，都dou要yao求qiu帶dai有you熱re插cha拔ba功gong能neng以yi滿man足zu零ling停ting機ji時shi間jian的de要yao求qiu。在zai現xian代dai模mo擬ni通tong信xin和he數shu據ju通tong信xin係xi統tong中zhong，通tong常chang都dou必bi需xu滿man足zu這zhe個ge要yao求qiu。

實(shi)際(ji)上(shang)
，許(xu)多(duo)大(da)型(xing)電(dian)信(xin)和(he)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)係(xi)統(tong)都(dou)采(cai)用(yong)插(cha)入(ru)到(dao)機(ji)架(jia)內(nei)共(gong)同(tong)背(bei)板(ban)上(shang)的(de)多(duo)個(ge)電(dian)路(lu)板(ban)或(huo)刀(dao)片(pian)來(lai)構(gou)建(jian)。由(you)於(yu)現(xian)代(dai)刀(dao)片(pian)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)級(ji)的(de)功(gong)能(neng)，它(ta)需(xu)要(yao)消(xiao)耗(hao)更(geng)多(duo)的(de)功(gong)率(lv)，如(ru)高(gao)級(ji)電(dian)信(xin)計(ji)算(suan)架(jia)構(gou)（ATCA）刀片消耗的功率約為≥200W。而背板為刀片以及它們之間的通信提供電源(例如+48V、-48V
、12V)。

由於背板電源始終處於開啟狀態
，因此被稱為“熱”或者“運行著”的de背bei板ban。刀dao片pian必bi須xu插cha入ru機ji架jia而er不bu能neng影ying響xiang背bei板ban上shang其qi餘yu刀dao片pian的de工gong作zuo。最zui新xin插cha入ru的de刀dao片pian將jiang利li用yong背bei板ban的de電dian源yuan工gong作zuo。如ru果guo檢jian測ce到dao刀dao片pian發fa生sheng故gu障zhang

，必bi須xu從cong插cha槽cao中zhong把ba這zhe個ge刀dao片pian拔ba掉diao，再zai把ba新xin的de刀dao片pian插cha入ru同tong一yi個ge插cha槽cao以yi恢hui複fu服fu務wu。把ba刀dao片pian插cha入ru運yun行xing中zhong的de背bei板ban或huo者zhe從cong插cha槽cao中zhong拔ba掉diao的de過guo程cheng稱cheng為wei“熱插拔”。可以支持這個功能的刀片稱為“可熱插拔”的刀片。

因此本文將介紹以下二個方麵的內容：其一、采用具有熱插拔功能的電源模塊組成48V分布式電源結構時應考慮的設計問題
；其二
、用熱插拔控製器電路解決多個電路板或刀片刀片熱插拔運行中的安會問題。

熱插拔功能的電源模塊(如IAM型)組成48V分布式電源結構的設計規則

rechabagongnengduiyuquebaorechabayuanjiandeanquantebiezhongyao。ciwai
，zairechabaguochengzhong，rechabagongnengxubimianduishuruheshuchudianyuanxiandianyachanshengmingxianbodong。renhemuxiandianyachanshengmingxiandejishishishunjianbodong，doukenengyinqixitonggongzuobuzhengchang。zaichangyongdejiechajianzhong

，gegejietoubushitongshijietonghuotongshiduankai，ershizhucijietonghuozhuciduankai。yincibixufenbuzhou，baozhengdianyuananshunxujietonghuoduankai。

為滿足上述要求，所以熱插拔功能的電源模塊(如IAM型)組成48V分布式電源結構的設計規則應注意如下幾點：

*帶電插拔時
，各種參數決不能超過各元件的極限值或絕對最大額定值。

*帶電插入電源模塊(IAM)
，浪湧電流必須限製在可接受的數值，以免48V輸入母線電壓中斷或跌落。同時減小各接點之間產生的火花。

*帶電插入DC-DC轉換器時
，該轉換器的負載電流必須限製在額定值以內，保證輸出母線電壓Vout平穩並且不產生影響調整率的突變。

*負載斷開或者未接取樣線時
，決不允許DC-DC轉換器傳輸能量，即產生功率突變。

1帶電插入的模塊應具有的功能.
為了實現上述設計規則
，在每隻可帶電插入的模塊(IAM)中應當加入簡單的保護和定序電路
，這樣可保證電源模塊拔出時，DC-DC轉換器在負載切斷或取樣線中斷以前就關斷。同時
，電源模塊(IAM)帶電插入時，其所有輸入和輸出端都接通以前，DC-DC轉換器暫時保持關斷狀態。否則帶電插拔時，連接器接點無規律的通電和斷電，有可能損壞DC-DC轉換器模塊
，甚至損壞整個係統。

2電源模塊中應加入某些均流控製電路
這為什麼呐

？眾所周知,對dui故gu障zhang容rong限xian首shou要yao並bing且qie是shi最zui重zhong要yao的de要yao求qiu是shi冗rong餘yu度du，也ye就jiu是shi說shuo，在zai電dian源yuan係xi統tong中zhong，至zhi少shao應ying有you一yi台tai額e外wai的de轉zhuan換huan器qi或huo者zhe說shuo有you一yi台tai冗rong餘yu轉zhuan換huan器qi。該gai係xi統tong通tong常chang稱cheng為weiN+M配置，其中，N台轉換器可滿足負載要求的功率，Mtaizhuanhuanqimokuaizuobeiyong。yingyongguochengzhong，yitaizhuanhuanqimokuaiguanduanhuofashengguzhangshi，jinguanmeitaimokuaidefuzaidianliuturanzengjia，danshiqitamokuairengkebaozhengxitongshuchugonglvbushourenheyingxiang。

同tong樣yang，當dang一yi台tai附fu加jia的de轉zhuan換huan器qi模mo塊kuai接jie入ru電dian源yuan係xi統tong後hou
，盡jin管guan每mei台tai電dian源yuan模mo塊kuai的de負fu載zai電dian流liu突tu然ran減jian小xiao，係xi統tong的de輸shu出chu功gong率lv也ye不bu受shou任ren何he影ying響xiang，為wei此ci
，各ge台tai轉zhuan換huan器qi應ying具ju有you均jun流liu能neng力li，並bing且qie應ying盡jin量liang減jian小xiao每mei台tai模mo塊kuai恢hui複fu正zheng常chang供gong電dian所suo需xu的de動dong態tai響xiang應ying時shi間jian。所suo以yi為wei了le負fu載zai自zi動dong均jun流liu
，電dian源yuan模mo塊kuai中zhong應ying加jia入ru某mou些xie均jun流liu控kong製zhi電dian路lu。電dian源yuan模mo塊kuai的de工gong作zuo溫wen度du對dui可ke靠kao性xing有you很hen大da影ying響xiang，工gong作zuo溫wen度du每mei降jiang低di10℃，平ping均jun無wu故gu障zhang時shi間jian可ke延yan長chang一yi倍bei。實shi踐jian證zheng明ming
，在zai電dian源yuan係xi統tong中zhong，一yi台tai模mo塊kuai輸shu出chu電dian流liu為wei另ling一yi台tai模mo塊kuai輸shu出chu電dian流liu的de二er倍bei時shi
，該gai電dian源yuan模mo塊kuai的de溫wen升sheng將jiang增zeng加jia一yi倍bei。[page]

應用第二代DC-DC轉換器與熱插拔功能的電源模塊(IAM48)構建的48V分布式電源方案

           
                                           圖1為48V分布式方案示意圖

1第二代DC-DC轉換器模塊特性
今使用的是Vicor的第二代轉換器模塊

，它具有一些極好的特性，大大簡化了在並聯冗餘係統中的應用。該第二代轉換器模塊重要的特性：包括使能和關斷、獨特的主從均流控製及自主指揮功能，其中一個轉換器模塊在整個係統中總處於主控地位；第二代轉換器模塊還具有一些普通的特性，比如欠壓封鎖，軟起動、輸出限流和遠距離取樣等。尤其是Vicor轉換器采用零電流詣振開關。

ji

，kongzhikaiguanpinlvheconggelizhuanhuanqichujichuansongdaocijidenengliangmaichongsulv，jikedadaoyaoqiudedianyuantiaozhenglvhefuzaitiaozhenglv。zairenyigeidingshurudianyaxia
，maichongkuandushihengdingde，yinci，meigemaichongdenengliangyeshihengdingde。zaiweichishuchudianyawendingdeqingkuangxia
，weilemanzufuzaidianliudeyaoqiu，keyikongzhimaichongzhongfulv(即開關頻率)，因此各模塊的開關頻率完全同步的話，相同模塊可實現自動均流。

由圖1可知，第二代DC-DC轉換器模塊上的PRjiaoshiyigeshuangxiangduankou

，takelianjiebinglianjunliumuxian。gaiduankoukeyijieshouhuochuanshutongbumaichongxinhao。kekongzhizhuanhuanqimokuaichuanshutongbugongzuo

，suoyouqitamokuaijunjieshoutongbumaichong，baozhengsuoyoumokuaitongpinlvgongzuo。PC(初級控製)腳也是一個雙向端口。該端口用作模塊狀態輸出
，在轉換器工作過程中，該腳直流電壓為6Vdc，在故障狀況下，比如過熱或輸出過壓時，PC腳將變為低電平(對負輸入腳-Vin的電壓接近0V)。在故障繼續存在的情況下，PC腳周期地轉變為高電平並盡力使轉換器模塊重新起動。

隻有故障狀態消除後，PC腳才可能保持高電平。PC腳也可作使能／關斷輸入腳，如果PC腳外接低電平
，轉換器則關斷。PC腳維持低電平時，輸出電流接近2mA。為了完成使能／關斷功能，可采用開路集電極或漏極晶體管開關(見圖1所示的Q3)。

取樣腳S用(yong)於(yu)提(ti)高(gao)輸(shu)出(chu)終(zhong)端(duan)電(dian)源(yuan)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)的(de)穩(wen)定(ding)精(jing)度(du)，通(tong)常(chang)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)的(de)負(fu)載(zai)都(dou)接(jie)在(zai)輸(shu)出(chu)終(zhong)端(duan)電(dian)源(yuan)母(mu)線(xian)上(shang)。終(zhong)端(duan)取(qu)樣(yang)閉(bi)合(he)調(tiao)整(zheng)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)，調(tiao)整(zheng)轉(zhuan)換(huan)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)Vout，以便補償輸出母線Vout(在圖1左端扡件上)上產生的電壓降。取樣腳終端接法是維持輸出電壓控製所必須的。

在故障容限並聯冗餘係統中
，每台轉換器模塊的輸出端Vout到電源母線(在圖1左端扡件上)必須串入一隻二極管。在輸出母線上二極管的共陰極，總輸出電流為各DC-DC轉換器之和。這樣任何模塊出現包括輸出短路的任何故障狀態時
，都可確保母線和電源係統可靠工作。

dangmokuaideshuchudianyajiangdishi，chuanlianerjiguanchengshoufanxiangdianya，yinci


，kejiandandishixiandianyuanmuxianyuzhuanhuanqigeli。meitaimokuaidequyangxianbixujiezaichuanlianerjiguandeqianmian，bingqiezuihaojiezairechabachatoudeqianmian。fen，keyiquebaodianyuanmokuaichabaguochengzhong
，zhuanhuanqikongzhihuilubuhuichuxianrenheshunjiankailu。gaidianzudezuijiazuzhiwei24Ω／V
，也就是說
，該電阻的阻值決定於輸出電壓。例如，輸出電壓為5V時
，最好選用120Ω電阻。

總之，具有熱插拔功能的電源模塊應具有以下特點：拔出前電源模塊應當關斷；插入時，電源模塊應處於暫時關斷；電源模塊應能限製浪湧電流。

2.IAM48模塊的應用

IAM48輸入功率調整模塊Vin為36V-76V10A而Vout為+75Vto-75V其效率為97%。

IAM48模塊含有一隻串聯FET開關，可以實現48V母線到DC-DC轉換器輸入的通斷控製，通斷控製腳on/off(見圖1中IAM48模塊的引腳)　內部有上拉電路，並且為了將48V母線與DC-DC轉換器模塊接通，通斷控製器必須拉到低電平。該模塊內兩輸出端(+Vout與-Vout)之間還有一個並聯開關。當通斷控製腳對48母線負極為高電平(斷開)時，該並聯開關處於導適狀態。

當48V母線關斷時，母線上的保持電容可通過並聯開關迅速放電。除了通斷控製功能外
，IAM48模塊還具有限製浪捅電流的功能，並且與FiltMod模塊或EMI濾波器模塊配合，還可完成瞬變過電壓保護．通信設備中為了滿足EMC{電磁兼容)標準，通常都采用IAM48和FitMod模塊(見圖1中FitMod模塊與IAM48模塊的連接)。在通信設備中

，都要求電源模塊具有熱插拔功能
，因此應選用lAM48電源模塊或其他可限製浪湧電流的模塊。

3FiltMod模塊特征
VI-IAM(即FiltMod模塊)輸入衰減模塊是一隻元件級的DC輸入前端濾波器
，它的特點是占用很少的空間
，同時提供最大的保護效能，適用於精密的電子係統。VI-IAM可與Vicor的24V
、48V或300V輸入模塊配套使用
，組成高效率
，高功率密度的電源係統。係統的輸出電壓由1至95V
，功率達400W（可擴展至800W）。利用VI-IAM可組成體積少
、高效及可靠的電源係統，滿足電訊和工業應用的最高要求。
[page]
4電源模塊插入電源母線時的起動順序如下
首(shou)先(xian)，除(chu)了(le)短(duan)引(yin)腳(jiao)外(wai)
，接(jie)插(cha)件(jian)的(de)所(suo)有(you)引(yin)腳(jiao)都(dou)按(an)無(wu)規(gui)律(lv)的(de)順(shun)序(xu)接(jie)通(tong)，此(ci)外(wai)
，轉(zhuan)換(huan)器(qi)並(bing)不(bu)能(neng)起(qi)動(dong)。因(yin)為(wei)通(tong)斷(duan)控(kong)製(zhi)短(duan)引(yin)腳(jiao)並(bing)未(wei)接(jie)通(tong)，該(gai)腳(jiao)通(tong)過(guo)晶(jing)體(ti)管(guan)Ql使IAM48模塊維持關斷狀態。同時，晶體管Q3還把DC-DC轉換器模塊的PC腳拉到低電平，因此轉換器模塊處於關斷狀態。

當所有其他引腳都接好以後


，短引腳才接通。IAM48模塊的通斷腳被拉到低電平，因此IAM48模塊導通，48V電源母線上的電容器開始以可控的速率充電
，母線電壓開始沿斜坡上升，這樣可把浪湧電流限製在安全值以內。1AM48模塊導通後，DC-DC轉換器模塊得到使能信號
，但是當母線電壓達到欠壓封鎖門限值(約34V)以前，DC-DC轉換器模塊不能起動。

母線電壓達到欠壓封鎖值以後，由於DC-DC轉換器模塊具有軟起動特性

，所以至少還需經過100mshou
，zhuanhuanqimokuaicaikaishixirudianliu，bingqieshuchudianyakaishizhujianshangsheng。zuihou，dangzhuanhuanqimokuaishuchudianyashangshengdaoshichuanlianzaishuchuduandeerjiguanzhengxiangpianzhishi，gaizhuanhuanqimokuaicaishuchujunhengdefuzaidianliu。

電源模塊IAM48母線上拔出時的工作順序與插入時的順序大致相反。短引腳在lAM48模塊關斷48V電源的其他引腳以前斷開，同時，轉換器模塊關斷。母線電容通過IAM48模塊輸出端的並聯開關迅速放電
，放電時間小於50ms。

此時，電容C2繼續提供保持晶體管Q3導遁所需的電流。從而確保PC腳保持低電平，直到48V母線電壓下降到欠壓封鎮值。這樣，可以保證所有其他接點無規律斷開過程中，DC-DC轉換器模塊不產生功率變換脈衝。

上(shang)述(shu)熱(re)扡(qian)拔(ba)技(ji)術(shu)已(yi)經(jing)成(cheng)功(gong)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)許(xu)多(duo)產(chan)品(pin)中(zhong)
，並(bing)且(qie)在(zai)插(cha)拔(ba)過(guo)程(cheng)中(zhong)，輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)母(mu)線(xian)電(dian)壓(ya)波(bo)動(dong)很(hen)小(xiao)，在(zai)插(cha)拔(ba)過(guo)程(cheng)中(zhong)，應(ying)當(dang)保(bao)證(zheng)所(suo)有(you)模(mo)塊(kuai)的(de)引(yin)腳(jiao)電(dian)壓(ya)不(bu)超(chao)過(guo)最(zui)高(gao)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)。插(cha)入(ru)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)IAM時
，必須在其他引腳必須完全斷開以後，短引腳才斷開。

用熱插拔控製器電路解決多個電路板或刀片熱插拔運行中的安全問題

雖然用熱插拔功能的電源模塊(如IAM型)可組成48V分布式電源結構,但如何確保熱插拔運行中的安全卻是很重要的控製技術,於是適用於大功率刀片的-48V或+48V用熱插拔控製器電路技術被提到議事日程作研討。

1熱插拔控製器電路基本架構
當(dang)刀(dao)片(pian)插(cha)到(dao)背(bei)板(ban)上(shang)時(shi)
，刀(dao)片(pian)上(shang)所(suo)有(you)連(lian)接(jie)到(dao)背(bei)板(ban)的(de)電(dian)容(rong)開(kai)始(shi)充(chong)電(dian)，從(cong)背(bei)板(ban)吸(xi)取(qu)大(da)量(liang)的(de)電(dian)流(liu)。浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)會(hui)導(dao)致(zhi)背(bei)板(ban)電(dian)壓(ya)瞬(shun)間(jian)下(xia)降(jiang)，並(bing)在(zai)連(lian)接(jie)器(qi)上(shang)產(chan)生(sheng)電(dian)弧(hu)。過(guo)多(duo)的(de)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)可(ke)使(shi)背(bei)板(ban)電(dian)源(yuan)超(chao)載(zai)
，從(cong)而(er)完(wan)全(quan)關(guan)閉(bi)電(dian)源(yuan)
，並(bing)影(ying)響(xiang)機(ji)架(jia)上(shang)其(qi)餘(yu)刀(dao)片(pian)的(de)工(gong)作(zuo)。

為了盡可能地減小電路板熱拔插對機架上其餘刀片的影響，熱插拔期間需要限製刀片的浪湧電流。限製浪湧電流的電路稱為“熱插拔控製器電路”。
                     
                    圖2為在大功率刀片的-48V中實現的熱插拔控製器電路的主要基本架構

從圖2的左上方開始,GND端通過肖特基二極管將電源送至DC／DC轉換器。DC／DC模塊是一個產生有效載荷電源電壓(12V、5.6V等)的獨立電源。DC-DC轉換器的負端通過MOSFET開關和電流感測電阻連接到-48V電源。DC／DC轉換器兩端的隔離(hold-off)電容保留了足夠的電荷以確保電路板在背板電壓降低期間保持運作。

熱插拔控製器利用電流檢測電阻R檢測和VMOSFET信號來監控MOSFET電流和電壓，以便控製在發生浪湧時MOSFET消耗的功率。

2熱插拔控製器電路的安全運行
當板卡被插入背板時
，可以看到由MOSFET寄生電容引起的短暫的浪湧電流脈衝(通常為幾毫秒)。此外，由於連接器的觸點顫動
，電源以脈衝的方式加到刀片上。熱插拔控製器可使MOSFET和DC／DC轉換器在觸點顫動停止前處於關閉狀態。然後利用R檢測上的電壓作為反饋電壓慢慢地打開MOSFET，這樣做是為了將浪湧電流值限製在刀片電源電流的最大給定值以下。該電流將對個隔離電容充電
，直到VMOSFET引腳處的電壓接近-48V。此時DC／DC轉換器被打開，以便為刀片的有效載荷部分供電。

當(dang)有(you)另(ling)外(wai)的(de)板(ban)卡(ka)插(cha)入(ru)而(er)使(shi)背(bei)板(ban)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)時(shi)，隔(ge)離(li)電(dian)容(rong)的(de)作(zuo)用(yong)是(shi)保(bao)證(zheng)電(dian)路(lu)板(ban)處(chu)於(yu)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)。隔(ge)離(li)電(dian)容(rong)的(de)大(da)小(xiao)與(yu)刀(dao)片(pian)消(xiao)耗(hao)的(de)總(zong)功(gong)率(lv)，以(yi)及(ji)防(fang)止(zhi)出(chu)現(xian)欠(qian)壓(ya)的(de)需(xu)求(qiu)直(zhi)接(jie)成(cheng)正(zheng)比(bi)。當(dang)欠(qian)壓(ya)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)超(chao)過(guo)預(yu)置(zhi)的(de)時(shi)間(jian)限(xian)製(zhi)時(shi)
，將(jiang)其(qi)歸(gui)為(wei)“電源欠壓”情況，此時欠壓鎖定過程開始。

欠壓鎖定過程關閉MOSFET，直到背板電壓恢複到正常值。在欠壓的情況下，與GND串chuan聯lian的de肖xiao特te基ji二er極ji管guan可ke阻zu止zhi來lai自zi隔ge離li電dian容rong的de反fan向xiang電dian流liu流liu入ru背bei板ban。熱re插cha拔ba控kong製zhi器qi還hai能neng檢jian測ce到dao電dian源yuan故gu障zhang，如ru欠qian壓ya和he過guo流liu。在zai這zhe兩liang種zhong情qing況kuang下xia，熱re插cha拔ba控kong製zhi器qi將jiang在zai故gu障zhang排pai除chu後hou重zhong新xin為wei刀dao片pian供gong電dian。