熱插撥和數字電源監控常見(jiàn)問(wèn)答

什么是熱插拔?

熱插撥就是允許模塊在系統上電的情況下在電源總線(xiàn)上進(jìn)行插入或拔出，同時(shí)不影響總體系統運作。這個(gè)概念可能源自于電話(huà)線(xiàn)卡，其板邊插接器設計有不同長(cháng)度的引線(xiàn)。當線(xiàn)卡插入到背板上時(shí)，總是先接地，再接電源總線(xiàn)和I/O引腳。對于公共交換電話(huà)網(wǎng)上簡(jiǎn)單而穩健的電子設備而言，這已足夠。但現在的路由器、服務(wù)器和嵌入式系統往往需要一個(gè)熱插撥控制器、一個(gè)檢測電阻和一個(gè)FET旁路電阻來(lái)提供更穩健更智能的解決方案。

什么樣的模塊需要熱插撥控制器?

如果模塊的輸入電源線(xiàn)上有數量龐大的旁路電容，或者具有可能造成主要電源總線(xiàn)崩潰的故障模式，則需要熱插撥控制器。將初始充電電流分流到旁路電容上的閉環(huán)限流能力可以在增加新負載時(shí)，防止主電源總線(xiàn)的電壓下降(圖1)。它還能避免連接器的電源觸點(diǎn)因突然的過(guò)量電流而引起過(guò)載。

一旦輸入電容充上電，電流控制環(huán)路就可用作一種保護機制，來(lái)對以后任何超出模塊設計規格的大電流進(jìn)行限制，由此根據推測來(lái)判斷是出現短路還是其它故障。這樣，就很容易在控制器感測到過(guò)量電流時(shí)關(guān)斷模塊，或者永久性關(guān)斷，直到再進(jìn)行手動(dòng)復位，或者進(jìn)入自動(dòng)重啟模式。

電源監控的用途

知道了系統各點(diǎn)上的電壓和電流數據后，設計人員就可以據此計算出每個(gè)電源軌的功耗。通過(guò)感應電阻、電流檢測放大器以及模數轉換器(ADC)等關(guān)鍵元件可獲得電源電流數據并對其進(jìn)行數字化。然后，再在軟件領(lǐng)域執行數字電源監控算法。在可熱插撥系統中，這種功能尤其有助于監控每一個(gè)可插式子系統的性能。

圖1：將初始充電電流分流到旁路電容上的閉環(huán)限流能力可以在增加新負載時(shí)，防止主電源總線(xiàn)的電壓下降

系統如何利用系統各點(diǎn)上的電壓和電流信息?

這一數據可用于決定如何立即提高系統的效率和性能。以一個(gè)包含了10塊板子的服務(wù)器機柜為例，每塊板子的功耗限制為100W。這種每個(gè)刀片插槽100W的限制是強制的，而機柜的電源單元最高功率為1000W。在一個(gè)標準系統，所有刀片都只能工作在100W以下。

如果引入電源監控，就可以在系統運行時(shí)動(dòng)態(tài)進(jìn)行更加智能的功率調節。如果從完全插滿(mǎn)了的機柜板上拔下一個(gè)板卡，就會(huì )多出100W“額外的”未使用功率。這種情況下，系統中其余的每一塊板子都將獲得額外的10W功率。

必須對插件板的功耗進(jìn)行監控以確?？傮w功率不超出預算。這種電源管理方案使系統能夠最大限度地利于可用的功率預算，而監控子系統級的功耗是實(shí)現這一目標不可或缺的一部分。

圖2：將熱插撥控制器和電流檢測電路集成在一起意味著(zhù)這兩個(gè)功能可以共用一個(gè)感應電阻，從而減少了元件數目，同時(shí)將功率損耗降至最低

為什么要將基本熱插撥電流控制與監控整合在一個(gè)器件中?

將熱插撥控制器和電流檢測電路集成在一起意味著(zhù)這兩個(gè)功能可以共用一個(gè)感應電阻，從而減少了元件數目，同時(shí)將功率損耗降至最低(圖2)。而且，分別使用單個(gè)感應電阻來(lái)單獨實(shí)現這兩種功能可能很困難。要讓兩個(gè)單獨的電路在各自給定的感應電阻下正常工作，可能需要做大量的校準工作。也許每一個(gè)功能的性能都不得不作出一些折衷犧牲。此外，由于控制器削減了芯片的占位面積和元件數目，因此在這塊芯片上集成感測放大器和ADC還可以節省功率，并消除噪聲問(wèn)題。