熱插撥和數(shù)字電源監(jiān)控常見問答

什么是熱插拔?

熱插撥就是允許模塊在系統(tǒng)上電的情況下在電源總線上進行插入或拔出，同時不影響總體系統(tǒng)運作。這個概念可能源自于電話線卡，其板邊插接器設計有不同長度的引線。當線卡插入到背板上時，總是先接地，再接電源總線和I/O引腳。對于公共交換電話網(wǎng)上簡單而穩(wěn)健的電子設備而言，這已足夠。但現(xiàn)在的路由器、服務器和嵌入式系統(tǒng)往往需要一個熱插撥控制器、一個檢測電阻和一個FET旁路電阻來提供更穩(wěn)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上有數(shù)量龐大的旁路電容，或者具有可能造成主要電源總線崩潰的故障模式，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，防止主電源總線的電壓下降(圖1)。它還能避免連接器的電源觸點因突然的過量電流而引起過載。

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，來對以后任何超出模塊設計規(guī)格的大電流進行限制，由此根據(jù)推測來判斷是出現(xiàn)短路還是其它故障。這樣，就很容易在控制器感測到過量電流時關斷模塊，或者永久性關斷，直到再進行手動復位，或者進入自動重啟模式。

電源監(jiān)控的用途

知道了系統(tǒng)各點上的電壓和電流數(shù)據(jù)后，設計人員就可以據(jù)此計算出每個電源軌的功耗。通過感應電阻、電流檢測放大器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)等關鍵元件可獲得電源電流數(shù)據(jù)并對其進行數(shù)字化。然后，再在軟件領域執(zhí)行數(shù)字電源監(jiān)控算法。在可熱插撥系統(tǒng)中，這種功能尤其有助于監(jiān)控每一個可插式子系統(tǒng)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，防止主電源總線的電壓下降

系統(tǒng)如何利用系統(tǒng)各點上的電壓和電流信息?

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

如果引入電源監(jiān)控，就可以在系統(tǒng)運行時動態(tài)進行更加智能的功率調(diào)節(jié)。如果從完全插滿了的機柜板上拔下一個板卡，就會多出100W“額外的”未使用功率。這種情況下，系統(tǒng)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行監(jiān)控以確保總體功率不超出預算。這種電源管理方案使系統(tǒng)能夠最大限度地利于可用的功率預算，而監(jiān)控子系統(tǒng)級的功耗是實現(xiàn)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這兩個功能可以共用一個感應電阻，從而減少了元件數(shù)目，同時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(jiān)控整合在一個器件中?

將熱插撥控制器和電流檢測電路集成在一起意味著這兩個功能可以共用一個感應電阻，從而減少了元件數(shù)目，同時將功率損耗降至最低(圖2)。而且，分別使用單個感應電阻來單獨實現(xiàn)這兩種功能可能很困難。要讓兩個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(shù)目，因此在這塊芯片上集成感測放大器和ADC還可以節(jié)省功率，并消除噪聲問題。