热插拔功能的电源模块应用与热插拔运行中的安全控制

4 用热插拔控制器电路解决多个电路板或刀片热插拔运行中的安会问题
虽然用热插拔功能的电源模块(如IAM型)可组成48V分布式电源结构，但如何确保热插拔运行中的安会却是很重要的控制技术。于是适用于大功率刀片的-48V或+48V用热插拔控制器电路技术被提到议事日程进行研讨。

4.1 热插拔控制器电路基本架构
当刀片插到背板上时，刀片上所有连接到背板的电容开始充电，从背板吸取大量的电流。浪涌电流会导致背板电压瞬间下降，并在连接器上产生电弧。过大的浪涌电流可使背板电源超载，从而完全关闭电源，并影响机架上其余刀片的工作。
为了尽可能地减小电路板热插拔对机架上其余刀片的影响，热插拔期间需要限制刀片的浪涌电流。限制浪涌电流的电路称为“热插拔控制器电路”。图2为在大功率刀片-48V中实现的热插拔控制器电路的基本架构。

从图2的左上方开始，GND端通过肖特基二极管将电源送至DC/DC转换器。DC/DC模块是一个产生有效载荷电源电压(12V、5.6V等)的独立电源。DC-DC转换器的负端通过MOSFET开关和电流感测电阻连接到-48V电源。DC/DC转换器两端的隔离电容保留了足够的电荷以确保电路板在背板电压降低期间保持运作。热插拔控制器利用电流检测电阻R检测和VMOSFET信号来监控MOSFET电流和电压，以便控制在发生浪涌时MOSFET消耗的功率。

4.2 热插拔控制器电路的安会运行
当板卡被插入背板时，可以看到由MOSFET寄生电容引起的短暂的浪涌电流脉冲(通常为几ms)。此外，由于连接器的触点颤动，电源以脉冲的方式加到刀片上。热插拔控制器可使MOSFET和DC/DC转换器在触点颤动停止前处于关闭状态。然后利用R检测上的电压作为反馈电压慢慢地打开MOSFET，这样做是为了将浪涌电流值限制在刀片电源电流的最大给定值以下。该电流将对隔离电容充电，直到VMOSFET引脚处的电压接近-48V。此时DC/DC转换器被打开，以便为刀片的有效载荷部分供电。
当有另外的板卡插入而使背板电压下降时，隔离电容的作用是保证电路板处于工作状态。隔离电容的大小与刀片消耗的总功率，以及防止出现欠压的需求直接成正比。当欠压情况下的脉冲宽度超过预置的时间限制时，将其归为“电源欠压”情况，此时欠压锁定过程开始。欠压锁定过程关闭MOSFET，直到背板电压恢复到正常值。在欠压的情况下，与GND串联的肖特基二极管可阻止来自隔离电容的反向电流流入背板。热插拔控制器还能检测到电源故障，如欠压和过流。在这两种情况下，热插拔控制器将在故障排除后重新为刀片供电。■