热插拔电源模块的应用与安全控制(新编版)
热插拔电路工作原理
热插拔电路工作原理
热插拔电路工作原理及应用
热插拔即在设备工作状态下，不断接入和切断设备而不影响设备的正常运行。
这种技术在现代计算机及通信设备中得到了广泛应用，下面将详细介绍热插拔电路的工作原理及应用。
一、工作原理
热插拔电路是由管理控制电路、进出口控制电路、电源管理电路、电源模块、信号模块等构成的。
其工作流程如下：
1.管理控制电路判断插入设备的所有参数，包括电压、电流、温度、重量等；
2.进出口控制电路对设备进出口的工作状态进行控制；
3.电源管理电路对设备的电源进行管理，如开关、充电等操作；
4.电源模块提供设备电源；
5.信号模块传输设备数据信息。
二、应用领域
热插拔技术是一种灵活性较高的技术，具有广泛的应用领域，下面列举几个常见的应用领域：
1.计算机设备：如CPU、硬盘、内存等设备；
2.网络设备：如交换机、路由器、光纤收发器等；
3.服务器设备：如存储设备、备份设备等；
4.工业设备：如PLC、控制器、集中器等；
5.汽车电子设备：如汽车导航、车载音响、车载视频等。
三、应用优势
热插拔技术具有以下优势：
1.可以实现设备当机情况下更换硬件，这对于高性能服务器来说非常重要；
2.可以降低设备停机时间，提高设备运行效率；
3.可以更换已经失效的硬件，提高设备运行可靠性；
4.可以提高设备的可维护性和可扩展性；
5.可以节省设备维修费用和人力成本。
总之，热插拔技术是现代计算机及通信设备中非常重要的一项技术。
我们需要充分了解热插拔电路的工作原理以及应用领域，才能更好地应用这项技术，提高设备的性能和稳定性，降低运营成本。
高可靠性电源系统的热插拔原理和应用
高可靠性电源系统的热插拔原理和应用热插拔的工作原理热插拔（Hot Swap、Hot Plug、Hot Dock）是指在系统导电的工作状态下，将模组、卡或连接器插到系统上而不影响系统的操作。
图1所示为热插拔过程，其中左边代表系统及其供电，在供电的输出端有一个电容，右侧有两张卡，这些卡的输入端也有电容。
把卡插入系统之前，输入电容没有被充电；当把卡插入系统时会有一个很大的瞬间电流向输入电容充电，这么大的瞬时电流很可能造成系统供电电压不正常。
热插拔的目的是将高的瞬间电流控制在一个比较低而且合理的水平。
其实现方法有几种，其中使用PTC（正温度系数的热敏电阻），是最简单的方法。
PTC依靠本身的电流发热改变阻抗，从而降低瞬间电流的幅度，其缺点是反应速度慢，而且长时间使用会影响使用寿命。
MOS管电流检测电阻加上一些简单的电阻电容延迟线路的方法成本低，比较适于低端用途。
最好的方法是采用热插拔芯片，通常该芯片包含一个驱动MOS设计和电流检测电阻，它除了做基本热插拔之外，还可以提供特殊功能，如控制电流上升速率、做断电器、电源管理以及状态报告等，能够提升系统的工作状态。
热插拔的实现如图2所示，是通过在供电与负载之间串联一个MOS管和一个电流检测电阻完成的。
电流检测电阻的目的是将流过MOS管的信号传给控制线路，控制线路再根据电流设定和计时电路来控制MOS管的导通。
接下来以UCC3915为例说明热插拔过程中输出电流电压的情况。
图3中，左边图形是UCC3915的输出电流、输出电压、即时电容电压的波形，可以看到当输出电流上升到ITRIP时，计时电容开始充电，电压上升，开始计时；如果输出电流超过ITRIP并一直上升到IMAX（设定的最大值），由于此时 MOS 管工作在线性模式，将最大输出电流限制在这一水平而不让输出电流上升，因此输出电流就会被限制在IMAX。
另一方面，如果计时电容电压达到 1.5V，MOS管就会断开，输出电流下降到0。
热插拔控制器在汽车电路中的应用
热插拔控制器在汽车电路中的应用朱玉凤;齐晗【摘要】The authors introduce a type of hot plugging, which is applied on automobile with serious interference of electric source. It can not only provide clean and stable power to microprocessor, but also guarantee the battery power not interfered when the module replaced.%介绍一种用于汽车这种具有强电源干扰环境的热插拔控制器。
它既能够为微控制器提供干净稳定的电源,又能保证在自身模块更换时不对蓄电池电源造成干扰。
【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】3页(P30-31,53)【关键词】热插拔;汽车电子;保护电路;LM5060Q1MM;EMC【作者】朱玉凤;齐晗【作者单位】浙江中科正方电子技术有限公司,沈阳110168;浙江中科正方电子技术有限公司,沈阳110168【正文语种】中文【中图分类】U463.6随着汽车电子技术的迅猛发展，越来越多的电子设备被应用到汽车上。
当对其他电子设备进行带电插拔时，DC/DC电源设计中的输入电容提供了一个初始的低阻抗回路，会产生巨大的浪涌电流。
巨大的浪涌电流有可能损坏接插件、导线及模块的输入电容，甚至会造成蓄电池电压的瞬间跌落，使系统中其他的设备复位而不能正常工作。
因此，在电子模块设计一种合适的且电磁兼容性（EMC）好的热插拔保护电路就显得尤为重要[1-2]。
本文以美国国家半导体公司推出的热插拔控制器LM5060Q1MM为例，介绍热插拔控制器在汽车电子模块中的应用。
1 LM5060Q1MM的主要功能1）实现故障设备和系统的隔离，并能提供相应的故障指示。
热插拔电源模块的应用与安全控制
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热插拔电源模块的应用与安全控制
摘要：分析了引起电气火灾的主要原因，电气火灾的特点，并针对不同情形，提出了断电灭火和带电灭火的相应安全措施。
关键词：电气火灾;原因;特点;电源切断;带电灭火
前言
近几年来，全国火灾事故数量呈上升趋势。
从二十世纪八十年代起，电气火灾便逐渐成为各类火灾中的“主角”。
有关资料显示，到1999年，全国发生的电气火灾比10年前翻了一番，高达1万次，占各类火灾事故的30%以上。
而到了2008年，据公安部消防局《中国火灾统计年鉴》显示，全年火灾事故中，电气火灾居首位，且所占比例呈上升趋势，造成的损失十分惨重。
频频发生的电气火灾原因何在?
1 引起电气火灾的主要原因
1.1电气线路的安装、施工存在违章操作及无证操作现象。
大量的火灾事实表明，一些场所和单位在对电气线路安装和施工时，没有按照操作规程和要求，随意增加用电设备，导致用电负荷超过设计容量，造成“小马拉大车”现象，从而引发火灾。
特别是在宾馆、超市、学校等公众聚集场所，一些业主图方便，随意拉接临时线路，由此而引发的火灾十分普遍。
同时，一些从事电工作业人员素质较低，有的甚至未经有关部门专业培训，无证上岗作业，他们缺乏基本的电气安装知识，留下许多隐患。
1.2缺少对电气设施的检查和维护管理。
一些地区和单位虽已建立了三级供电网络，但在履行职责过程中随意性较大，对电气设备检查得多，而对电气线路却不能按规定及时进行检查和。
H3C S7500 系列交换机电源模块的热插拔
H3C S7500 系列交换机电源模块的热插拔
通电情况下安装与更换电源模块，请注意操作方法及用电安全。
请不要接触露出的
任何导线、端子和在产品中标出的危险电压标志部分，否则，可能对人体造成伤害。
1.准备工具
*防静电手腕
*螺丝刀
2.电源模块的安装
图1 电源模块安装图
第一步：佩戴防静电手腕，从电源模块包装盒中取出新的电源模块，确认电源模块的输入方式与所需一致。
第二步：用一只手抓住电源模块的拉手，另一只手托住电源模块的底部将电源模块沿导轨缓慢插入，直到电源模块完全插入机箱中，并且与配电盒插口接触良好。
(如图1中
①所示)
第三步：将防尘网放入电源模块的外壳内侧，放正、展平。
第四步：用螺丝刀将松不脱螺钉拧紧，使电源模块固定在交换机机箱中。
（如图1 中②所示）
电源模块的拆卸
3.电源模块的拆卸
第一步：佩戴防静电手腕，用螺丝刀松开待更换电源模块的松不脱螺钉。
第二步：取下电源模块外壳内侧的防尘网。
第三步：用一只手拉住电源模块上的拉手，将电源模块拉出来一部分，然后另一只手托住电源模块下方就，将电源模块缓慢拉出。
热插拔电源模块的应用与安全控制(新版)
Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention.（安全管理）单位：___________________姓名：___________________日期：___________________热插拔电源模块的应用与安全控制(新版)热插拔电源模块的应用与安全控制(新版)导语：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。
显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。
中心议题：•采用48V分布式电源结构时应考虑的设计问题•用控制器电路解决热插拔运行中的安全问题解决方案：•带电插拔时，各种参数决不能超过各元件的极限值或绝对最大额定值•带电插入电源模块(IAM)，浪涌电流必须限制在可接受的数值•带电插入DC-DC转换器时，转换器的负载电流必须限制在额定值以内•负载断开或者未接取样线时不允许DC-DC转换器传输能量带电插拨功能同时也称为热插拔功能，在电源设计中是非常重要的。
在采用故障容限电源架构的应用系统中，都要求带有热插拔功能以满足零停机时间的要求。
在现代模拟通信和数据通信系统中，通常都必需满足这个要求。
实际上，许多大型电信和数据通信系统都采用插入到机架内共同背板上的多个电路板或刀片来构建。
由于现代刀片具有更高级的功能，它需要消耗更多的功率，如高级电信计算架构（ATCA）刀片消耗的功率约为≥200W。
而背板为刀片以及它们之间的通信提供电源(例如+48V、-48V、12V)。
由于背板电源始终处于开启状态，因此被称为“热”或者“运行着”的背板。
刀片必须插入机架而不能影响背板上其余刀片的工作。
热插拔控制器的应用
热插拔控制器的应用“热插拔”是指将板卡从加有电源的主机（背板、服务器等）上插入或拔出,主要应用在基站、磁盘冗余阵列（RAID）、远程接入服务器、网络路由路、网络交换器以及ISDN 等系统。
当板卡插入主机时,主机已处于稳态工作状态,所有电容均被充满电,而待插入的电路板是不带电的,板卡上的电容没有电荷,因此,当板卡与主机背后板接触时,由于板卡上的电容的充电而将从主机电源吸入较大的瞬态电流;同样,当把带电的板卡拔出主机时,板卡上旁路电容的放电在板卡与带电背后板之间形成了一条低阻通路,也将产生较大的瞬态电流。
较大的电流会导致连接器、电路元件、电路板金属连线（迹线）等部件或器件的损坏,也可能使背板电源出现瞬时跌落,从而导致系复位。
目前,针对上述应用新推出的热插拔保护器件有许多,Maxim 公司的MAX4273 系列产生就具有双速/双电平检测功能,可为热插拔应用提供一套有效的控制和保护解决方案。
1 MAX4273 的内部结构与功能MAX4273 的内部电路如图1 所示,它包括：电荷泵、低速比较器、高速比较器、欠压/过压检测电路、逻辑控制器等。
电何泵用于外部N 沟道MOSFEY 的栅极提供驱动电压,低速比较器和高速比较器用于提供双速/双电平过载或故障电流检测,低速比较器的响应时间由外部电容器设置,可设置范围从20μs至几秒, 电压检测门限固定为50mV,对于幅度较低的瞬态过载电流,低速比较器没有响应,不受电源电压微小波动以及噪声的影响。
当器件检测到过载电流时间超出所设置的响应时间时,则认为系统发生故障,这时MOSFET 的栅极开始缓慢放电,最终将MOSFET 断开,放电速率由N 沟道MOSFET 的栅极电容和外接电容决定。
高速比较器的响应时间固定为350ns。
电压检测门限可由外部电路RTH 设置。
可设。
热插拔技术在模块化电源系统中的应用
热插拔技术在模块化电源系统中的应用作者：张志鹏韩崇伟曹雷来源：《中国新技术新产品》2016年第08期摘要：为了解决大功率模块化电源系统中可更换电源模块在带电状态下的快速更换维修问题，本文首先阐述了热插拔技术的基本概念及工作原理，并分析目前热插拔技术的实现方法，然后设计了一种基于短针信号的热插拔电路，最后通过软件仿真和实物实验验证了该热插拔电路正确性和有效性，并成功应用于模块化电源系统中，有效提高了电源系统的可靠性和维修性。
关键词：热插拔；模块化；电源系统Abstract： For resolving rapid replaced problem of Replaceble Power Module under power supplying， in modular high-power system. The paper introduces the basic concept and principle of Hotswap-technique， and analysis on the methods to realize Hotswap circuit.then build up the Hotswap circuit based on short pins. The accuracy of Hotswap circuit is verified by simulation and testing， and has been successfully applied to modular high-power system， the circuit improves the reliability and rapid maintainability of the power system effectively.Key words： Hot-swap； Module； Power system中图分类号：TP336 文献标识码：A在大功率模块化电源系统（其结构如图1所示）中，常常通过电源模块的并联来增大电源系统的输出功率。
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热插拔电源模块的应用与安全控制(新编版)Security technology is an industry that uses security technology to provide security services to society. Systematic design, service and management.( 安全管理 )单位：______________________姓名：______________________日期：______________________编号：AQ-SN-0823热插拔电源模块的应用与安全控制(新编版)中心议题：•采用48V分布式电源结构时应考虑的设计问题•用控制器电路解决热插拔运行中的安全问题解决方案：•带电插拔时，各种参数决不能超过各元件的极限值或绝对最大额定值•带电插入电源模块(IAM)，浪涌电流必须限制在可接受的数值•带电插入DC-DC转换器时，转换器的负载电流必须限制在额定值以内•负载断开或者未接取样线时不允许DC-DC转换器传输能量带电插拨功能同时也称为热插拔功能，在电源设计中是非常重要的。
在采用故障容限电源架构的应用系统中，都要求带有热插拔功能以满足零停机时间的要求。
在现代模拟通信和数据通信系统中，通常都必需满足这个要求。
实际上，许多大型电信和数据通信系统都采用插入到机架内共同背板上的多个电路板或刀片来构建。
由于现代刀片具有更高级的功能，它需要消耗更多的功率，如高级电信计算架构（ATCA）刀片消耗的功率约为≥200W。
而背板为刀片以及它们之间的通信提供电源(例如+48V、-48V、12V)。
由于背板电源始终处于开启状态，因此被称为“热”或者“运行着”的背板。
刀片必须插入机架而不能影响背板上其余刀片的工作。
最新插入的刀片将利用背板的电源工作。
如果检测到刀片发生故障，必须从插槽中把这个刀片拔掉，再把新的刀片插入同一个插槽以恢复服务。
把刀片插入运行中的背板或者从插槽中拔掉的过程称为“热插拔”。
可以支持这个功能的刀片称为“可热插拔”的刀片。
因此本文将介绍以下二个方面的内容：其一、采用具有热插拔功能的电源模块组成48V分布式电源结构时应考虑的设计问题；其二、用热插拔控制器电路解决多个电路板或刀片刀片热插拔运行中的安会问题。
热插拔功能的电源模块(如IAM型)组成48V分布式电源结构的设计规则热插拔功能对于确保热插拔元件的安全特别重要。
此外，在热插拔过程中，热插拔功能需避免对输入和输出电源线电压产生明显波动。
任何母线电压产生明显的即使是瞬间波动，都可能引起系统工作不正常。
在常用的接插件中，各个接头不是同时接通或同时断开，而是逐次接通或逐次断开。
因此必须分步骤，保证电源按顺序接通或断开。
为满足上述要求，所以热插拔功能的电源模块(如IAM型)组成48V分布式电源结构的设计规则应注意如下几点：*带电插拔时，各种参数决不能超过各元件的极限值或绝对最大额定值。
*带电插入电源模块(IAM)，浪涌电流必须限制在可接受的数值，以免48V输入母线电压中断或跌落。
同时减小各接点之间产生的火花。
*带电插入DC-DC转换器时，该转换器的负载电流必须限制在额定值以内，保证输出母线电压Vout平稳并且不产生影响调整率的突变。
*负载断开或者未接取样线时，决不允许DC-DC转换器传输能量，即产生功率突变。
1带电插入的模块应具有的功能.为了实现上述设计规则，在每只可带电插入的模块(IAM)中应当加入简单的保护和定序电路，这样可保证电源模块拔出时，DC-DC转换器在负载切断或取样线中断以前就关断。
同时，电源模块(IAM)带电插入时，其所有输入和输出端都接通以前，DC-DC转换器暂时保持关断状态。
否则带电插拔时，连接器接点无规律的通电和断电，有可能损坏DC-DC转换器模块，甚至损坏整个系统。
2电源模块中应加入某些均流控制电路这为什么呐？众所周知,对故障容限首要并且是最重要的要求是冗余度，也就是说，在电源系统中，至少应有一台额外的转换器或者说有一台冗余转换器。
该系统通常称为N+M配置，其中，N台转换器可满足负载要求的功率，M台转换器模块作备用。
应用过程中，一台转换器模块关断或发生故障时，尽管每台模块的负载电流突然增加，但是其他模块仍可保证系统输出功率不受任何影响。
同样，当一台附加的转换器模块接入电源系统后，尽管每台电源模块的负载电流突然减小，系统的输出功率也不受任何影响，为此，各台转换器应具有均流能力，并且应尽量减小每台模块恢复正常供电所需的动态响应时间。
所以为了负载自动均流，电源模块中应加入某些均流控制电路。
电源模块的工作温度对可靠性有很大影响，工作温度每降低10℃，平均无故障时间可延长一倍。
实践证明，在电源系统中，一台模块输出电流为另一台模块输出电流的二倍时，该电源模块的温升将增加一倍。
应用第二代DC-DC转换器与热插拔功能的电源模块(IAM48)构建的48V分布式电源方案图1为48V分布式方案示意图1第二代DC-DC转换器模块特性今使用的是Vicor的第二代转换器模块，它具有一些极好的特性，大大简化了在并联冗余系统中的应用。
该第二代转换器模块重要的特性：包括使能和关断、独特的主从均流控制及自主指挥功能，其中一个转换器模块在整个系统中总处于主控地位；第二代转换器模块还具有一些普通的特性，比如欠压封锁，软起动、输出限流和远距离取样等。
尤其是Vicor转换器采用零电流诣振开关。
即，控制开关频率和从隔离转换器初级传送到次级的能量脉冲速率，即可达到要求的电源调整率和负载调整率。
在任意给定输入电压下，脉冲宽度是恒定的，因此，每个脉冲的能量也是恒定的。
在维持输出电压稳定的情况下，为了满足负载电流的要求，可以控制脉冲重复率(即开关频率)，因此各模块的开关频率完全同步的话，相同模块可实现自动均流。
由图1可知，第二代DC-DC转换器模块上的PR脚是一个双向端口，它可连接并联均流母线。
该端口可以接收或传输同步脉冲信号。
可控制转换器模块传输同步工作，所有其他模块均接受同步脉冲，保证所有模块同频率工作。
PC(初级控制)脚也是一个双向端口。
该端口用作模块状态输出，在转换器工作过程中，该脚直流电压为6Vdc，在故障状况下，比如过热或输出过压时，PC脚将变为低电平(对负输入脚-Vin的电压接近0V)。
在故障继续存在的情况下，PC脚周期地转变为高电平并尽力使转换器模块重新起动。
只有故障状态消除后，PC脚才可能保持高电平。
PC脚也可作使能／关断输入脚，如果PC脚外接低电平，转换器则关断。
PC脚维持低电平时，输出电流接近2mA。
为了完成使能／关断功能，可采用开路集电极或漏极晶体管开关(见图1所示的Q3)。
取样脚S用于提高输出终端电源母线电压的稳定精度，通常电源系统的负载都接在输出终端电源母线上。
终端取样闭合调整控制回路，调整转换器输出电压Vout，以便补偿输出母线Vout(在图1左端扦件上)上产生的电压降。
取样脚终端接法是维持输出电压控制所必须的。
在故障容限并联冗余系统中，每台转换器模块的输出端Vout到电源母线(在图1左端扦件上)必须串入一只二极管。
在输出母线上二极管的共阴极，总输出电流为各DC-DC转换器之和。
这样任何模块出现包括输出短路的任何故障状态时，都可确保母线和电源系统可靠工作。
当模块的输出电压降低时，串联二极管承受反向电压，因此，可简单地实现电源母线与转换器隔离。
每台模块的取样线必须接在串联二极管的前面，并且最好接在热插拔插头的前面。
分，可以确保电源模块插拔过程中，转换器控制回路不会出现任何瞬间开路。
该电阻的最佳阻值为24Ω／V，也就是说，该电阻的阻值决定于输出电压。
例如，输出电压为5V时，最好选用120Ω电阻。
总之，具有热插拔功能的电源模块应具有以下特点：拔出前电源模块应当关断；插入时，电源模块应处于暂时关断；电源模块应能限制浪涌电流。
2.IAM48模块的应用IAM48输入功率调整模块Vin为36V-76V10A而Vout为+75Vto-75V其效率为97%。
IAM48模块含有一只串联FET开关，可以实现48V母线到DC-DC 转换器输入的通断控制，通断控制脚on/off(见图1中IAM48模块的引脚)内部有上拉电路，并且为了将48V母线与DC-DC转换器模块接通，通断控制器必须拉到低电平。
该模块内两输出端(+Vout与-Vout)之间还有一个并联开关。
当通断控制脚对48母线负极为高电平(断开)时，该并联开关处于导适状态。
当48V母线关断时，母线上的保持电容可通过并联开关迅速放电。
除了通断控制功能外，IAM48模块还具有限制浪捅电流的功能，并且与FiltMod模块或EMI滤波器模块配合，还可完成瞬变过电压保护．通信设备中为了满足EMC{电磁兼容)标准，通常都采用IAM48和FitMod模块(见图1中FitMod模块与IAM48模块的连接)。
在通信设备中，都要求电源模块具有热插拔功能，因此应选用lAM48电源模块或其他可限制浪涌电流的模块。
3FiltMod模块特征VI-IAM(即FiltMod模块)输入衰减模块是一只元件级的DC输入前端滤波器，它的特点是占用很少的空间，同时提供最大的保护效能，适用于精密的电子系统。
VI-IAM可与Vicor的24V、48V或300V 输入模块配套使用，组成高效率，高功率密度的电源系统。
系统的输出电压由1至95V，功率达400W（可扩展至800W）。
利用VI-IAM 可组成体积少、高效及可靠的电源系统，满足电讯和工业应用的最高要求。
4电源模块插入电源母线时的起动顺序如下首先，除了短引脚外，接插件的所有引脚都按无规律的顺序接通，此外，转换器并不能起动。
因为通断控制短引脚并未接通，该脚通过晶体管Ql使IAM48模块维持关断状态。
同时，晶体管Q3还把DC-DC转换器模块的PC脚拉到低电平，因此转换器模块处于关断状态。
当所有其他引脚都接好以后，短引脚才接通。
IAM48模块的通断脚被拉到低电平，因此IAM48模块导通，48V电源母线上的电容器开始以可控的速率充电，母线电压开始沿斜坡上升，这样可把浪涌电流限制在安全值以内。
1AM48模块导通后，DC-DC转换器模块得到使能信号，但是当母线电压达到欠压封锁门限值(约34V)以前，DC-DC 转换器模块不能起动。
母线电压达到欠压封锁值以后，由于DC-DC转换器模块具有软起动特性，所以至少还需经过100ms后，转换器模块才开始吸入电流，并且输出电压开始逐渐上升。
最后，当转换器模块输出电压上升到使串联在输出端的二极管正向偏置时，该转换器模块才输出均衡的负载电流。
电源模块IAM48母线上拔出时的工作顺序与插入时的顺序大致相反。
短引脚在lAM48模块关断48V电源的其他引脚以前断开，同时，转换器模块关断。