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利用熱插拔和“或”邏輯控制器構建高可靠性的通信設備系統

作者: 時(shí)間:2016-12-21 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

  通信設備通常采用多線(xiàn)卡﹑背板架構。在背板上有多個(gè)卡槽,線(xiàn)卡插接在這些卡槽里。線(xiàn)卡承載業(yè)務(wù),背板提供系統數據總線(xiàn)和電源總線(xiàn)。線(xiàn)卡通過(guò)背板上的總線(xiàn)實(shí)現互聯(lián)以及與主控板的通訊。整個(gè)設備一旦上電,就必須持續工作,不能下電。在整個(gè)設備運行的過(guò)程中,線(xiàn)卡可能需要維修﹑升級﹑配置或者是擴容。這就需要在背板帶電的情況下將線(xiàn)卡拔出/插入,整個(gè)過(guò)程中系統不能下電。為了可靠的實(shí)現這一帶電插拔過(guò)程,控制對背板電源總線(xiàn)的沖擊,通常使用熱插拔電路。為了進(jìn)一步提高系統的可靠性,通信設備還會(huì )采用電源備份架構。當主電源損壞后,備份電源會(huì )及時(shí)切入,以確保設備的正常運轉。

  “或”邏輯控制電路就是用來(lái)實(shí)現這一電源切換的功能。熱插拔電路和“或”邏輯控制電路為通信設備這類(lèi)的多線(xiàn)卡﹑背板設備,提供了高可靠性的解決方案。

  熱插拔的基本原理

  線(xiàn)卡的電源入口側通常都有幾百微法拉~幾千微法拉的電容,用于電源濾波和儲能。當整個(gè)系統工作時(shí),插在背板上的線(xiàn)卡,其入口側電容都是充滿(mǎn)的。當將另外一塊線(xiàn)卡插入正在運行中的背板上時(shí),這些無(wú)電荷的電容會(huì )被充電。因為線(xiàn)卡和背板金屬件的接觸在極短的時(shí)間內發(fā)生,線(xiàn)卡的入口電容容值又較高,充電電流可以很大,如圖1所示。

  

  圖1. 插入線(xiàn)卡時(shí)的電流流向

  圖1中,當3號線(xiàn)卡插入時(shí),C4被快速充電,一部分充電電流來(lái)自C1﹑C2,還有一些充電電流來(lái)由電源模塊?;谙到y設計的不同,充電電流可以在很短的時(shí)間內,達到幾百安培的水平。

  這一電流沖擊可能造成背板總線(xiàn)電壓的跌落,進(jìn)而導致系統復位。這一不受控的電流沖擊過(guò)程還可能造成系統的損壞,例如:損壞濾波電容,PCB走線(xiàn),背板連接器。

  應對這一現象的最好方法就是使用熱插拔控制器,來(lái)控制插拔過(guò)程中沖擊電流的峰值。

  備份電源

  高可靠性的通訊系統,常常應用備份電源架構來(lái)提高系統的可靠性。當主電源工作異?;蚴r(shí),備份電源會(huì )及時(shí)切入,維持系統運轉。在該架構中,常用的方法是使用一對二極管來(lái)構建電源的“或”邏輯,連接在主/備電源和負載之間。該電路的缺點(diǎn)是二極管的正向導通電壓較高,二極管上有較高的損耗?!盎颉边壿嬁刂破骶褪怯脕?lái)模仿二極管的電特性,同時(shí)降低整個(gè)系統的損耗。

  使用雙通道熱插拔、“或”邏輯控制器

  低壓差“或”邏輯開(kāi)關(guān)控制器獨立地控制每個(gè)通道的背靠背nMOSFET,實(shí)現熱插拔和“或”邏輯控制??刂破鲀戎盟膫€(gè)MOSFET 驅動(dòng)器(GATE1_和GATE2_),GATE1_ 控制外部n溝道功率MOSFET實(shí)現“或”邏輯,防止主/備電源間的電流流動(dòng)或OUT到IN間的電流倒灌;GATE2_控制外部n溝道功率MOSFET實(shí)現熱插拔功能。通路上的精密電阻,用于電流采樣。

  熱插拔功能

  開(kāi)關(guān)控制器(這里的MAX5944)實(shí)時(shí)監控采樣電阻RSENSE兩端的電壓,調整沖擊電流的大小來(lái)保證VIS在限流門(mén)限電壓VTH以下,見(jiàn)圖2。

  

  圖2. MAX5944“或”邏輯開(kāi)關(guān)控制器通過(guò)實(shí)時(shí)監測RSENSE兩端電壓限制沖擊電流

  限流門(mén)限電壓VTH為固定值,通過(guò)改變采樣電阻的值來(lái)設定每個(gè)通道的限流值,ILIMIT_ = VTH /RSENSE_. 當負載電流小于限定值(ILIMIT)時(shí), GATE2_ 上升到VGS=5.5V將Q2_完全導通。當負載電流超過(guò)限定值(ILIMIT)時(shí),MAX5944會(huì )將GATE2_ 拉低,降低流過(guò)Q2_的電流,將其限定在限流值ILIMIT。這時(shí)輸出OUT_的表現類(lèi)似于恒流源。


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