科普一下 传说中的热插拔电源究竟是什么

热插拔技术目前已经被广泛的应用在了电源以及智能产品的研发之中，热插拔电源也逐渐崭露头角。所谓的热插拔电源，指的是电源系统的每一个分配组件都是支持热插拔技术的，在正常工作时不会受到影响，具有较高的可靠性，因此多半会被应用在通信领域之中。今天我们将会就热插拔电源的基本情况和设计特点，进行简要分析。

下图中，图1所显示的是一种比较常见的热插拔电源的分配架构示意图，这种被用于高可用性系统的冗余电源拥有多个分配组件。由于每个器件都是一个潜在的故障源，因此工程师必须将系统的每一个部分（底板除外）都设计成热插拔。系统底板与每一项功能都有关系，因此更换底板将需要拆下每一个组件。所以系统设计的第一要诀是获得最高可能的底板可靠性，这意味着需采用只含有经过良好设计的布线、冗余互连组件以及像保险丝等容易更换元件的底板。

图1 一种用于高可用性系统的冗余电源分配架构

在图1所示的这种冗余电源分配架构系统中，热插拔电源主要通过两条高可靠性电源分配总线给每一个模块供电。在大型系统中，这些电源距离机架有较长的距离。为减少与压降有关的问题，必须采用粗电源线及高电源分配电压。在电信行业，电源分配标准虽为额定-48V，但实际电压会由于负载电流、电源分配网络中的电阻与电感以及电源状态的不同而有很大变化。负电源可减少泄漏路径的腐蚀，因为负电压可抵抗会腐蚀金属的负离子。

这种热插拔电源与普通电源产品的另一个不同之处在于，为了能够有效地将低电流、高电压电源转换成低电压、高电流电源，热插拔电源的每一块电路板或模块上都需要带有DC-DC转换器。即便这些直流/直流转换器采用复杂的高频开关转换技术，它们也要求在其输入上有一个低阻抗源，以获得快速瞬态响应、稳定性及防止电压跌落。但即使带有遥测，长感性电源分配线也不能完成此任务，因此每一个DC-DC转换器的输入上都必须带有大电解电容。而为了避免浪涌电流的产生，该电源的每一块电路板都需要带有可限制浪涌电流的热插拔电路。

在这种具备热插拔功能的电源处于正常工作状态下时，其电路板中的热插拔电路能够缓慢地将模块电源升高，以此来避免底板上产生电源尖峰。如果模块试图消耗过多的功率，那么电路板上的热插拔电路还能先断开模块电源，并在故障清除后重新接上，同时还能将模块状态发给系统监视器或从其上接收命令。除缓慢升高电解电容的电源外，热插拔电路还能够驱动一个或多个DC-DC转换器，进而驱动复杂数字信号处理器、激光器及风扇等各类负载。

图2 给四个容性负载家电的可控电压斜率热插拔控制器

热插拔电源在平时工作中的电压浪涌情况如上图中图2所示。一般情况下，通信系统从额定-48V上分配电源，但DC-DC转换器还考虑了较宽的直流电压范围，以考虑不同工作模式、电源分配总线上的压降及温度变化等因素。除这种工作范围外，电源总线上还常常会有电压浪涌。一种最坏的浪涌情况是，当保险丝将一个出现故障、电流过高的模块从电源总线上断开时，负载电流会突然改变。一项电源浪涌标准考虑了-75V（10ms）、-100V（10ms）及-200V（1ms）三种最大浪涌电压。热插拔电路直接暴露在这些极端电源浪涌下，并能在输入超过最大安全工作电压时，通过将负载从电源总线上断开来帮助控制浪涌。但最严重的浪涌对于大多数坚固的热插拔电路来说仍是一个严峻的考验。因此，很多系统都带有瞬态抑制器来吸收最大及持续时间最短的浪涌。