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

　　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。