電信系統的熱插拔設計:避免拼湊、支持高效設計

浪涌電流控制的“拼湊”方案

有幾種已知的峰值浪涌電流控制方式，有些方法基于工程分析，有些方法則僅僅是降低了熱插拔對系統的影響。下面對介紹了幾種拼湊式的實施方案。

預充電引腳或“早供電”(例如：電阻法)

一種控制浪涌電流的方法是使用“交錯式引腳”，也稱為“早供電引腳”、“預充電壓”或者是“預先加載”引腳。從物理架構上引入交錯引腳，從而使新板卡正確插入，這種連接方式曾經風靡一時。熱插拔過程中，通過串聯電阻控制浪涌電流。

預充引腳法是一種最基本的熱插拔控制方案，通過一長、一短兩個電源引腳組成，如圖4所示。長電源引腳首先接觸到電源并通過一個串聯電阻R_PRECHARGE開始為新板卡的濾波、旁路電容充電。R_PRECHARGE限制充電電流。板卡將要完全插入時，短電源引腳接入電源，從而旁路連接在長電源引腳的電阻R_PRECHARGE，為板卡供電提供一個低阻通道。信號引腳通常在插入板卡的最后時刻接入。


圖4. 智能連接器提供有效的熱插拔保護

該方案中，電阻R_PRECHARGE是保護器件，把浪涌電流限制在不至于燒壞引腳或干擾相鄰板卡工作的水平。有些工程師還會在此架構中對地增添一個電感和/或二極管。

本文將預充引腳法當作一種“拼湊式”方案的主要原因是其不能控制濾波電容的充電速率。這種架構需要考慮兩個關鍵因素：短引腳相對于長引腳的線長，板卡插入系統的快、慢。另外，這是一種機械方案，考慮到連接器的機械容差，完全相同的引腳長度并不能確保接觸時間精確相同。實際應用中用戶會看到上述不同變數。而且，當短電源引腳略長、PCB被快速插入背板時，R_PRECHARGE將在輸入電容充滿電之前被短路，因此，這種看似可靠的方案實際存在一定隱患，不能可靠控制浪涌電流。

該架構的另一個關鍵設計步驟是選擇R_PRECHARGE，如果電阻選擇不合理，將會直接影響系統工作。預充電阻的選擇必須權衡預充電流和浪涌電流。

最后，交錯式引腳方案需要一個特殊的連接器，這在行業中也是難以接受的。

從上述討論可以看出，預充引腳架構的作用非常有限，也很難達到精確可靠的水準。它對于啟動過程中的電流控制毫無價值，也不具備輸出過壓(OV)和欠壓(UV)監測功能。

熱敏電阻(電流-時間特性)法

另一種熱插拔實施方案是熱敏電阻熱插拔控制法。熱敏電阻為電子元件，阻值在溫度變化時將發生顯著變化(電阻是溫度的函數)。根據溫度變化進行系統調節的電路應用非常普遍。負溫度系數(NTC)熱敏電阻的電流-時間特性取決于其溫度特性，在其應用電路中的功率耗散很穩定。電流-時間特性可以抑制短暫的高壓尖峰以及初始浪涌電流。圖5所示為基于熱敏電阻的熱插拔限流電路，配合一個外部MOSFET使用¹。


圖5. 基于熱敏電阻的熱插拔電路¹