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在电源模块设计中实现热插拔功能

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:692

        

    

    

    在采用故障容限电源架构的应用系统中要求具有热插拔功能,满足零停机时间要求。在现代数据通信系统中,通常必须满足这个要求,这也是电源设计中非常重要的一项功能。

    热插拔功能对于确保热插拔元件的安全特别重要。此外,在热插拔过程中必须避免使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波动,甚至即使是瞬间波动,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断开,而是无规律地依次接通或依次断开,因此必须保证电源按顺序接通或断开。

    为满足上述要求,在设计热插拔电源时必须注意以下几点:

    1. 热插拔时,各种参数不能超过各元件的极限值或最大额定值。

    2. 带电插入电源模块时,浪涌电流必须限制在可接受的范围,避免48v输入母线电压中断

    或跌落,同时减小各接触点之间产生的火花。

    3. 带电插入变换器时,该变换器的负载电流必须限制在额定值以内,保证输出母线电压稳

    定并且不产生影响调整率的突变。

    4. 负载断开或者未接取样线时,不允许变换器传输能量,即不能产生功率脉冲。

    为了满足这些要求,在每只可带电插入的模块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,变换器在负载切断或取样线中断以前关断。同时,当电源模块带电插入时,在所有输入和输出端都接通以前,变换器暂时维持关断状态。否则在热插拔时,连接器接触点无规律的通断可能损坏变换器模块,甚至损坏整个系统。

    

    

    故障容限最重要的要求是冗余度,即在电源系统中至少应有一个额外的变换器或者有一个冗余变换器。该系统通常称为n+m配置,其中n个变换器可满足负载要求的功率,m个变换器模块作备用。在应用过程中,一个变换器模块关断或发生故障时,尽管每个模块的负载电流突然增加,但是其它模块仍可保证系统输出功率不受任何影响。同样,当一个附加的变换器模块接入电源系统后,尽管每个电源模块的负载电流突然减小,系统的输出功率也不应受任何影响。因此,各个变换器应具有均流的能力,并且应尽量减小每个模块恢复正常供电所需的动态响应时间。为了实现负载自动均流,电源模块中应加入某些均流控制电路。

    vicor第二代变换器模块具有一些优良特性,能简化并联冗余系统的应用。其中最重要的特性包括使能、关断、独特的主从均流控制功能,在整个系统中有一个模块总处于主控地位。vicor第二代变换器模块还具有一些普通特性,如欠压封锁、软启动、输出限流和远距离取样等。vicor变换器采用零电流谐振开关,通过控制开关频率和从隔离变压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,如果各模块的开关频率完全同步,相同模块可实现本质均流。

    vicor第二代变换器模块上的pr脚是一个双向端口,它可以连接并联均流母线。该端口能接收或传输同步脉冲信号,由控制模块传输同步脉冲,所有其它模块均接收该同步脉冲,这样能保证所有模块同频率工作。

    初级控制(pc)管脚也是一个双向端口,该端口用作模块状态输出。在变换器工作过程中,该管脚直流电压为6v,在故障状态下,如过热或输出过压时,pc管脚将变为低电平(对负输入脚-vin的电压接近0v)。在故障继续存在的情况下,pc脚周期性地变换为高电平并尽量使变换器模块重新启动。只有故障状态消除后,pc脚才可能维持高电平。

    pc脚也可用作使能/关断控制管脚,如果pc脚外接低电平,变换器则关断。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。

    取样脚用于提高输出终端电源母线电压的稳定度,通常电源系统的负载接在输出终端电源母线上。终端取样线闭合调整控制回路,调整变换器输出电压以补偿输出母线上产生的电压降。取样脚终端接法是维持输出电压控制所必需的。在故障容限并联冗余系统中,每个模块的输出端到电源母线之间必须串接一只二极管,在输出母线上二极管共阴极的总输出电流为各变换器之和。这样任何模块出现包括输出短

        

    

    

    在采用故障容限电源架构的应用系统中要求具有热插拔功能,满足零停机时间要求。在现代数据通信系统中,通常必须满足这个要求,这也是电源设计中非常重要的一项功能。

    热插拔功能对于确保热插拔元件的安全特别重要。此外,在热插拔过程中必须避免使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波动,甚至即使是瞬间波动,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断开,而是无规律地依次接通或依次断开,因此必须保证电源按顺序接通或断开。

    为满足上述要求,在设计热插拔电源时必须注意以下几点:

    1. 热插拔时,各种参数不能超过各元件的极限值或最大额定值。

    2. 带电插入电源模块时,浪涌电流必须限制在可接受的范围,避免48v输入母线电压中断

    或跌落,同时减小各接触点之间产生的火花。

    3. 带电插入变换器时,该变换器的负载电流必须限制在额定值以内,保证输出母线电压稳

    定并且不产生影响调整率的突变。

    4. 负载断开或者未接取样线时,不允许变换器传输能量,即不能产生功率脉冲。

    为了满足这些要求,在每只可带电插入的模块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,变换器在负载切断或取样线中断以前关断。同时,当电源模块带电插入时,在所有输入和输出端都接通以前,变换器暂时维持关断状态。否则在热插拔时,连接器接触点无规律的通断可能损坏变换器模块,甚至损坏整个系统。

    

    

    故障容限最重要的要求是冗余度,即在电源系统中至少应有一个额外的变换器或者有一个冗余变换器。该系统通常称为n+m配置,其中n个变换器可满足负载要求的功率,m个变换器模块作备用。在应用过程中,一个变换器模块关断或发生故障时,尽管每个模块的负载电流突然增加,但是其它模块仍可保证系统输出功率不受任何影响。同样,当一个附加的变换器模块接入电源系统后,尽管每个电源模块的负载电流突然减小,系统的输出功率也不应受任何影响。因此,各个变换器应具有均流的能力,并且应尽量减小每个模块恢复正常供电所需的动态响应时间。为了实现负载自动均流,电源模块中应加入某些均流控制电路。

    vicor第二代变换器模块具有一些优良特性,能简化并联冗余系统的应用。其中最重要的特性包括使能、关断、独特的主从均流控制功能,在整个系统中有一个模块总处于主控地位。vicor第二代变换器模块还具有一些普通特性,如欠压封锁、软启动、输出限流和远距离取样等。vicor变换器采用零电流谐振开关,通过控制开关频率和从隔离变压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,如果各模块的开关频率完全同步,相同模块可实现本质均流。

    vicor第二代变换器模块上的pr脚是一个双向端口,它可以连接并联均流母线。该端口能接收或传输同步脉冲信号,由控制模块传输同步脉冲,所有其它模块均接收该同步脉冲,这样能保证所有模块同频率工作。

    初级控制(pc)管脚也是一个双向端口,该端口用作模块状态输出。在变换器工作过程中,该管脚直流电压为6v,在故障状态下,如过热或输出过压时,pc管脚将变为低电平(对负输入脚-vin的电压接近0v)。在故障继续存在的情况下,pc脚周期性地变换为高电平并尽量使变换器模块重新启动。只有故障状态消除后,pc脚才可能维持高电平。

    pc脚也可用作使能/关断控制管脚,如果pc脚外接低电平,变换器则关断。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。

    取样脚用于提高输出终端电源母线电压的稳定度,通常电源系统的负载接在输出终端电源母线上。终端取样线闭合调整控制回路,调整变换器输出电压以补偿输出母线上产生的电压降。取样脚终端接法是维持输出电压控制所必需的。在故障容限并联冗余系统中,每个模块的输出端到电源母线之间必须串接一只二极管,在输出母线上二极管共阴极的总输出电流为各变换器之和。这样任何模块出现包括输出短

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