热插拔保护电路设计及实例
mos管防护电路 热插拔电路
mos管防护电路热插拔电路（实用版）目录1.MOS 管防护电路的作用和重要性2.MOS 管防护电路的组成和原理3.热插拔电路的概念和应用场景4.热插拔电路的优缺点分析5.MOS 管防护电路和热插拔电路的结合应用正文一、MOS 管防护电路的作用和重要性MOS 管防护电路，顾名思义，主要是为了保护 MOS 管而设计的一种电路。
MOS 管，全称为金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管，是一种广泛应用于现代电子设备中的半导体器件。
然而，由于其在工作过程中可能出现的电压、电流等异常情况，因此需要一种有效的防护措施，以保证其正常工作和延长使用寿命。
二、MOS 管防护电路的组成和原理MOS 管防护电路主要由电压保护、电流保护和温度保护三部分组成。
电压保护主要是通过稳压二极管或电压抑制二极管，限制 MOS 管的栅极电压，防止电压过高导致 MOS 管损坏。
电流保护主要是通过电流限制电阻或电流控制电阻，限制 MOS 管的源极和漏极电流，防止电流过大导致MOS 管过热。
温度保护主要是通过热敏电阻或热耦合器，监测 MOS 管的温度，当温度过高时，通过控制电路切断 MOS 管的电源，防止过热损坏。
三、热插拔电路的概念和应用场景热插拔电路，是指在设备运行过程中，可以安全地插入或拔出硬件设备的电路。
这种电路的应用场景非常广泛，例如计算机的 USB 接口、手机的耳机接口等。
热插拔电路的实现，主要依赖于电路的可靠性和稳定性，以及设备的智能识别和控制。
四、热插拔电路的优缺点分析热插拔电路的优点主要体现在其方便性和灵活性上，它可以在不关闭设备电源的情况下，实现硬件设备的插入和拔出，大大提高了设备的使用效率和便利性。
然而，热插拔电路也存在一些缺点，例如需要专门的热插拔控制电路，增加了设备的复杂性和成本，同时，如果热插拔控制电路设计不当，可能会导致设备的电击或短路，造成设备的损坏。
五、MOS 管防护电路和热插拔电路的结合应用在一些特殊的应用场景中，例如工业控制、电源管理等，需要同时对MOS 管进行防护，以及实现设备的热插拔。
低速信号热插拔保护电路设计方案
低速信号热插拔保护电路设计方案低速信号热插拔保护电路设计方案一、背景•近年来，随着电子产品的快速发展，低速信号的应用越来越广泛。
•低速信号热插拔时容易产生电压尖峰、静电击穿等问题，需要进行保护。
二、问题分析•低速信号热插拔过程中存在以下主要问题：1.电压尖峰：插拔时产生的短暂高电压会对接口电路造成损害。
2.静电击穿：插拔时产生的静电会导致电路元件受损。
3.信号干扰：插拔动作会引起信号干扰，对传输质量造成影响。
三、设计方案•为了解决低速信号热插拔的问题，提出以下设计方案：电压尖峰保护•采用电容器并联保护电路，以吸收电压尖峰。
•选择合适的电容器，使其能够快速充放电，有效限制电压尖峰的幅值。
•将保护电路并联到信号线上，以提高抗干扰能力。
静电击穿保护•在接口电路中加入静电保护二极管，以限制静电暂时放电电流。
•选择合适的二极管参数，使其能够快速反应，有效保护电路元件。
•使用细金属丝或电阻连接二极管的两极，以加强保护效果。
信号干扰抑制•在插座和插头之间增加金属屏蔽罩，以避免外部信号的干扰。
•确保金属屏蔽罩与地线连接良好，以降低信号干扰的发生概率。
•选择合适的屏蔽材料，使其能够有效吸收和屏蔽外部信号。
四、实施方案•根据以上设计方案，进行电路的布局和连接。
•选择合适的元件和材料，确保设计方案的可行性。
•进行实验验证，优化设计方案。
五、总结•通过采用电压尖峰保护、静电击穿保护和信号干扰抑制等措施，可以有效解决低速信号热插拔过程中的问题。
•此方案可用于各种低速信号接口，提高了设备的稳定性和可靠性。
六、风险与挑战•在实施方案时，可能会面临以下一些风险与挑战：1.元件选择：选择合适的电容器、二极管和屏蔽材料是确保方案有效的关键。
2.花费：一些高品质的保护元件和材料可能会增加成本。
3.实验验证：在实验验证过程中，可能会遇到电路不稳定、信号干扰等问题。
七、未来展望•随着技术的不断进步，对低速信号热插拔的保护需求会进一步增加。
工程技术基础-热插拔知识详解及案例分析
目录第一章热插拔概述 ----------------------------------------------------------------------------------- 21.1历史-------------------------------------------------------------------------------------------------------- 21.2热插拔常见问题 ---------------------------------------------------------------------------------------- 2第二章热插拔导致的闩锁效应及其防治 -------------------------------------------------------- 42.1闩锁效应及其机理------------------------------------------------------------------------------------- 42.2闩锁的产生条件 ---------------------------------------------------------------------------------------- 62.3闩锁的常见诱发原因---------------------------------------------------------------------------------- 62.4热插拔诱发闩锁的原因分析 ------------------------------------------------------------------------ 62.5闩锁的预防措施 ---------------------------------------------------------------------------------------- 7第三章热插拔导致的静电问题及其防治 -------------------------------------------------------- 83.1静电产生 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 83.2静电放电失效机理------------------------------------------------------------------------------------- 9第四章热插拔导致的浪涌问题及其防治 ------------------------------------------------------- 114.1浪涌说明 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 114.1.1概念 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 114.1.2产生原因---------------------------------------------------------------------------------------- 114.1.3影响 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 124.2浪涌防治 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 134.2.1交错引脚法------------------------------------------------------------------------------------- 134.2.2热敏电阻法------------------------------------------------------------------------------------- 144.2.3单芯片热插拔控制器 ------------------------------------------------------------------------ 15第五章总线热插拔 ---------------------------------------------------------------------------------- 175.1 I2C总线热插拔---------------------------------------------------------------------------------------- 175.2 I2C总线热插拔案例 --------------------------------------------------------------------------------- 185.3 74LVT16245在总线热插拔中应用 --------------------------------------------------------------- 195.5扩展知识CompactPCI总线热插拔------------------------------------------------------------- 21第六章热插拔最新解决方案-数字热插拔芯片 ------------------------------------------------ 246.1热插拔芯片的理念------------------------------------------------------------------------------------ 246.2典型应用框图 ------------------------------------------------------------------------------------------ 24第一章热插拔概述1.1历史热插拔（hot-plugging或Hot Swap）即带电插拔，是指将设备板卡或模块等带电接入或移出正在工作的系统，而不影响系统工作的技术。
电信热插拔参考设计有效解决输入瞬间过压及掉电问题.
电信热插拔参考设计有效解决输入瞬间过压及掉电问题概述典型的电信系统必须能够满负荷工作在-36V至-72V两个电压源，另外还必须提供雷电感应、高压脉冲以及输入电压在几毫秒内跌落到0V情况下的保护措施。
可插拔线卡通常包含一个从高压到低压的DC-DC转换器，该转换器带有热插拔保护电路。
当线卡带电插入一个背板时，该电路可以限制浪涌电流，使其略高于满负荷电流。
板上滤波电容充满电后，热插拔电路还必须提供一个电源就绪信号(/PGOOD)，以开启后续的DC-DC转换器。
本文详细介绍了对热概述典型的电信系统必须能够满负荷工作在-36V至-72V两个电压源，另外还必须提供雷电感应、高压脉冲以及输入电压在几毫秒内跌落到0V情况下的保护措施。
可插拔线卡通常包含一个从高压到低压的DC-DC转换器，该转换器带有热插拔保护电路。
当线卡带电插入一个背板时，该电路可以限制浪涌电流，使其略高于满负荷电流。
板上滤波电容充满电后，热插拔电路还必须提供一个电源就绪信号(/PGOOD)，以开启后续的DC-DC转换器。
本文详细介绍了对热插拔电路的要求。
大部分要求与AdvancedTCA® (ATCA®)一级热插拔电路相同。
典型电信系统要求输入电压范围：-43V至-72V输入采用双二极管“或”逻辑-32V至-36V关闭(二极管之前的电源)80W (最大)输入功率，CLOAD = 680µF耐压-150V，1ms过压脉冲¹掉电支持，0V，从-43V输入电压开始16ms的瞬时掉电；在此期间/PGOOD必须保持低电平43V启动时，浪涌电流≤ 1.5倍满负荷电流参考设计特性和考虑欠压闭锁(UVLO)上升门限可以设置到~43V，过压闭锁(OVLO)上升门限可以设置到≥ 72V。
安装在输入端的两个100V肖特基二极管实现两个独立电源的“或”逻辑。
UVLO下降门限可以设置到~32V，必须满足电信系统规范第6项，电压降低UVLO 下降门限时，/PGOOD保持有效，系统保持正常工作。
高频信号热插拔保护电路
高频信号热插拔保护电路
高频信号热插拔保护电路是一种用于保护电子设备在热插拔过程中不受损坏的电路设计。
它的主要作用是在插拔设备时，防止高频信号对电路产生干扰或损坏。
这种保护电路通常包括以下几个部分：
1. 滤波电路：用于过滤插拔过程中产生的高频噪声和干扰信号，以防止它们对其他电路产生影响。
2. 限流电路：用于限制插拔过程中的电流，以防止过大的电流对电路造成损坏。
3. 稳压电路：用于稳定电源电压，以防止电压波动对电路造成影响。
4. 保护器件：如保险丝、二极管等，用于在电路出现异常时提供保护，防止设备受到损坏。
5. 信号隔离：使用隔离变压器、光耦等元件实现信号的电气隔离，防止插拔过程中引入的噪声和干扰影响其他电路。
通过这些部分的协同工作，高频信号热插拔保护电路可以有效地保护电子设备在插拔过程中不受损坏，提高设备的可靠性和稳定性。
需要注意的是，具体的保护电路设计会根据不同的应用场景和要求有所差异。
在设计保护电路时，需要根据实际情况进行选择和优化，以确保其能够有效地保护设备。
构建低电压负电源热插拔电路的三种方案
构建低电压负电源热插拔电路的三种方案考虑到市场上的许多热插拔IC不能支持负电源设计，本文讨论了三种构建低电压负电源热插拔电路的解决方案。
其中两种方案需要配合正电源使用，而第三种方案可以用于仅有负电源供电的系统。
类似文章发表于2008年7月的Power Electronics Technology。
引言许多系统要求支持带电插拔，除了正电源供电系统外，有些负电源(-5V或-5.2V)设计也提出了同样的要求。
热插拔应用中，可以很容易得到适当的低电压、正电源热插拔控制器，但却很难找到合适的针对负电源设计的低电压热插拔器件。
由于大多数需要负电源低电压热插拔控制的系统中同样也使用正电源低电压热插拔控制器，可以借助正电源构建一个负电压热插拔控制方案。
本文提供了两个用于+5V/-5.2V的双电源供电系统的热插拔方案，一种方案利用两个芯片分别控制每个通道；另一种则使用单个控制器IC保护两个通道。
第三种方案采用单个芯片实现-5.2V单电源的热插拔保护。
三种方案均提供带电插拔、启动延时、浪涌电流抑制等功能，但只有一种方案具备过压检测和断路器功能。
图1所示的两芯片方案在负电源和正电源通道都提供有独立的断路器功能，图2和图3所示的单芯片方案支持浪涌电流控制功能，但在负电源通道上不具备限流和断路器功能。
两芯片方案图1所示电路提供完备的热插拔功能，为+5V和-5.2V电源提供限流、断路器功能。
电路采用MAX4272低电压正电源控制器支持+5V通道的热插拔，由于无法找到用于低电压的负电源热插拔控制器，我们使用了MAX5900高压负电源控制器支持-5.2V通道。
将MAX5900的接地端连接到+5V电源，+10.2V的电源压差能够满足MAX5900的-9V至-100V供电范围要求。
由于MAX5900具有-9V的最低供电电压，所以在本设计中选择了这款器件。
除MAX4272外，也可以选择其它低电压正电源控制器用于本设计，但MAX4272在8引脚封装内集成了全面的功能，因此在本设计中选择这款器件用于正电源的热插拔控制。
干货 一种新型的热插拔保护电路设计方案分享
干货一种新型的热插拔保护电路设计方案分享
热插拔保护电路的设计对于计算机硬盘系统来说是非常重要的，这一电路能够确保硬盘内的重要信息在执行热插拔操作时不至丢失，同时维系整个系统的稳定运行。
在今天的文章中，我们将会为各位工程师们分享一种基于TPS2491集成芯片的热插拔保护电路设计方案，该电路的原理图如下图图1所示。
图1 一种24V热插拔保护电路原理设计图
在图1所展示的这一正压为24V的热插拔保护电路原理设计图中，我们所设定的VIN(MAX)为24V，该电路系统中最大输出电流为1.5A。
感应电阻Rs=0.05/（1.2×IMAX），取值33mΩ，IMAX≈1.5A。
外接N沟道MOSFET的VDS耐压要大于输入电压和瞬态过冲，并要有一定的余量，并且
RDSON(MAX)要满足该公式要求，即：RDSON(MAX)≤（TJ(MAX)-
TA(MAX)）/（RθJAXI²MAX）。
其中TJ(MAX)一般取125℃，热阻RθJA取决于管子的封装及散热的方式。
按照上述条件要求，在本方案的设计中，我们选取了N沟道MOSFET产品中的AOLL1242作为24V热插拔电路外接MOSFET，其VDS为40V，ID 为69A（条件为VGS=10V），满足设计要求的最大输入电压24V和最大输出电流1.5A，并留有足够的余量，防止瞬态过冲。
并且RDS(on)在本方案的设计中，除了需要选择合适的电定时容并完成设定故障重启间隔定时外，我们还必须满足过载持续定时时间内外接MOSFET的功率耗散，以免造成管子损坏。
因此，在本方案中，我们选择CT=0.1μF控制器使能启动电压为1.35V，。
低速信号热插拔保护电路设计方案
低速信号热插拔保护电路设计方案1. 目标设计一个低速信号热插拔保护电路，旨在解决低速信号接口在热插拔过程中可能遇到的电气冲击、机械损坏等问题，保护设备和信号接口的稳定性和可靠性。
2. 实施步骤2.1 确定需求首先明确需要保护的低速信号类型和接口标准，例如USB、RS232、I2C等。
了解信号接口的特性和工作要求，包括电压范围、通信速率、信号线数目等。
2.2 了解热插拔过程中的问题研究低速信号热插拔过程中可能遇到的问题，主要包括电气冲击、机械损坏和信号干扰等。
分析这些问题的原因和影响，为后续的保护电路设计提供依据。
2.3 设计电气保护电路根据热插拔过程中可能遇到的电气冲击问题，设计电气保护电路。
主要包括电源电压保护、信号线电压保护和电流保护等。
例如，可以采用稳压芯片、瞬态电压抑制器、电流限制器等元件来实现对电源电压和信号线电压的保护。
2.4 设计机械保护电路针对机械损坏问题，设计机械保护电路。
主要包括防止插拔过程中的机械冲击和振动对接口和设备造成的损坏。
可以采用机械保护开关、防护罩、缓冲材料等来实现对机械损坏的保护。
2.5 设计信号干扰抑制电路为了防止信号干扰对低速信号接口的影响，设计信号干扰抑制电路。
主要包括滤波器、屏蔽材料、接地设计等。
通过合理的电路布局和信号线处理，减少外界噪声对信号的干扰。
2.6 仿真和优化使用电路仿真软件对设计的保护电路进行仿真分析，验证电路的可行性和有效性。
根据仿真结果进行优化，调整电路参数和拓扑结构，以提高保护电路的性能和效率。
2.7 PCB设计和制造将优化后的保护电路设计转化为PCB布局图，进行PCB设计。
注意布局时需考虑信号线的走线、地线的规划、电源线的分布等因素，以最大程度地减少信号干扰和电气冲击。
完成PCB设计后，进行制造和组装。
2.8 测试和验证对制造好的保护电路进行测试和验证。
包括电气性能测试、机械性能测试和信号干扰测试等。
通过测试结果判断保护电路的性能和可靠性是否符合设计要求。
热插拔电路设计
热插拔电路设计热插拔电路设计一、热插拔概述热插拔是指在电子设备工作的情况下，对某些硬件进行更换或添加，而不需要关闭电源。
这种技术在现代计算机、服务器等设备中得到了广泛应用。
二、热插拔电路的设计要求1. 保证安全性由于热插拔过程中会有电流变化和电压波动，因此必须保证设计的热插拔电路具有良好的安全性能。
例如，在设计过程中需要考虑到防止过流和过压等问题。
2. 稳定性在进行热插拔操作时，系统必须能够保持稳定运行。
因此，在设计过程中需要考虑到硬件之间的相互影响，以确保系统能够平稳地完成操作。
3. 灵活性由于不同设备之间可能存在差异，因此在设计热插拔电路时应该考虑到灵活性。
即使替换了不同类型或规格的设备，也应该能够正常工作。
三、热插拔电路的实现方式1. 采用开关控制方式开关控制方式是实现热插拔电路的一种常见方式。
在这种方式下，可以通过控制开关来控制电流的流动，从而实现热插拔操作。
2. 采用保险丝保护方式保险丝保护方式是一种简单但有效的热插拔电路实现方式。
在这种方式下，可以通过设置合适的保险丝来防止过流和过压等问题。
3. 采用智能芯片控制方式智能芯片控制方式是一种高级的热插拔电路实现方式。
在这种方式下，可以通过智能芯片来监测电流、电压等参数，并根据设备类型和规格进行自动调整。
四、热插拔电路设计注意事项1. 需要考虑到设备之间的相互影响，并进行充分测试。
2. 在设计过程中需要考虑到设备规格和类型的变化，并进行相应调整。
3. 在选择热插拔电路实现方式时需要根据具体情况进行选择，并结合实际操作需求进行调整。
4. 在设计过程中需要考虑到安全性问题，并采取相应措施进行保护。
五、总结热插拔技术在现代计算机、服务器等设备中得到了广泛应用，因此热插拔电路的设计也变得越来越重要。
在设计过程中需要考虑到安全性、稳定性和灵活性等问题，并根据具体情况进行相应调整。
同时，在实现方式选择上也需要结合实际操作需求进行选择，并采取相应措施进行保护。
空间受限型应用中的PMBus 热插拔电路介绍
输入电容器CIN
因其可以降低输入阻抗并提供去耦功能，本地输入旁路电容有一定的作用，但在热插拔期间插入插件卡时对CIN充电的脉冲电流一般会损害电容器的可靠性，因此这种电容并不怎么实用。当电容器位于热插拔电路前面时，许多OEM 厂商将其看作为一个系统级可靠性问题，因此一般不会安装这种电容器。
TA(MAX)
55°C
气流速度
Q
100 LFM (0.5 ms-1)
可用PCB面积（不包括PMBus连接器）
APCB
15 mmx 18 mm
数字遥测PMBusTM地址
Addr
0x16
表1 热插拔电路设计规范
在这种高功率密度热插拔电路设计中，下列局限性尤为明显：
· 成本：电气（MOSFET、控制器、分流电阻器）和机械（连接器、PCB）组件
图4CSD17309Q3[3] MOSFET: a) Rdson随温度变化情况；b) SOA; c)瞬态热阻抗
分流电阻器RS
使用一个2 mΩ分流电阻器以后，LM25066可提供12.5A的主动电流限制（25 mV典型电流限制阈值电压），并且精确度为±8%。因此，电流限制设置为额定满负载电流的125%。快速作用断路器功能设置为22.5A（45 Mv典型断路阈值电压）。
3.2 x 1.6 x 0.64
3.5 x 2.45
热插拔控制器
TI LM25066A
不同供电情况下热插拔硬件电路设计技术
不同供电情况下热插拔硬件电路设计技术热插拔技术是实现硬件设计的关键技术，早期的热插拔技术实现主要依靠电容电感的瞬间冲击抑制实现的，但是这种做法会导致电流瞬间对电源造成巨大冲击，后来逐步引入了延迟配电的概念，但是电路的设计方法仍然没有控制好电流，电路设计的可靠性不够，本文针对新型热插拔技术的实现提出了思路，并且根据不同方案的设计方法提供了具体解决步骤。
【关键词】即插即用负载跃升热插拔控制系统对控制的精度要求越来越高，对控制的实用性要求也有所提升，系统控制的精度问题已经成为关键，即插即用已经是模件的基本要求，在一些特殊情况下有可能同时具备计算机外检和供电系统共同需要即插即用的特性，但是电子设备初期会产生非常大的瞬间电流，导致电源发生扰动，有时候扰动会冲击到电源，在不断电的情况下，插拔电子设备，扰动的存在还会致使负载发生持续的加长或降低，需要进行专门的硬件设计，让插拔能够及时复位或及时重启，因此使用热插拔技术设计硬件是技术关键。
早期的热插拔技术实现路径主要是是靠电容和电感，实现对冲击的瞬间抑制，但是这种做法有可能导致电源受到巨大冲击，然后系统有可能因此发生复位和重启，后来依靠三极管技术和分立器技术，用新型的热插拔芯片，逐渐实现了热插拔技术电流控制目标。
1 卡件式电源热插拔电路设计凌力尔特公司开发的__是一种专为卡件式电路设计的热插拔控制器，其工作电压范围在2.9V到26.5V之间，控制器的内部有一个开关控制器可以对电源外部的N通道进行控制，允许电路板在带点的时候进行拔出和插入。
其标准配置有各种可控制阀门，专用12V版本，包含了各种特殊设计，同时该控制器还可以调节电流和控制电压，电源具有良好的监视功能，该设计提供了精度为百分之五的电流折返功能，限制电流的时候采用了不同的电阻进行调整，同时还包含了可以参考电位的电流监视输出器。
2 卡式冗余电源热插拔电路设计采用冗余电源供电的卡式系统进行LT℃4236作为控制芯片，它具有二极管通道，进行单通道控制，专门控制冗余电源，或对电流进行控制，在冗余电源管理的过程中，可以实现冗余电源的安全插拔操作，其控制电源维持在9V到18V之间，在电流监视输出器的控制下，可以在小于1微秒的时间内控制峰值的电流，具有可调节的折叠功能，从而实现了无震荡的平滑的切换功能，在该控制器发生故障之后，还可以进行为人的卡锁操作。
mos管防护电路 热插拔电路
MOS管防护电路热插拔电路1. 引言在现代电子设备中，MOS管防护电路和热插拔电路是非常重要的电路设计。
MOS管防护电路用于保护MOS管免受过电流、过电压等损害，而热插拔电路则用于实现电子设备的热插拔功能。
本文将详细介绍这两种电路的原理、设计和应用。
2. MOS管防护电路2.1 原理MOS管防护电路主要用于保护MOS管免受损坏。
在正常工作情况下，MOS管的工作电压和电流应在规定范围内，但在实际应用中，由于各种原因，如过电流、过电压等，可能会导致MOS管损坏。
因此，设计合适的MOS管防护电路就显得尤为重要。
MOS管防护电路的原理是通过合理的电路设计，将过电流、过电压等异常情况引导到保护电路中，从而保护MOS管。
常用的MOS管防护电路包括过流保护电路、过压保护电路和过温保护电路。
2.2 设计2.2.1 过流保护电路设计过流保护电路主要用于保护MOS管免受过电流损坏。
设计过程中需要考虑MOS管的额定电流和过流保护电路的响应时间。
一种常见的过流保护电路设计是采用电流传感器和比较器，当电流超过设定值时，比较器会触发保护电路，切断电流。
2.2.2 过压保护电路设计过压保护电路主要用于保护MOS管免受过电压损坏。
设计过程中需要考虑MOS管的额定电压和过压保护电路的响应时间。
一种常见的过压保护电路设计是采用电压传感器和比较器，当电压超过设定值时，比较器会触发保护电路，切断电压。
2.2.3 过温保护电路设计过温保护电路主要用于保护MOS管免受过温损坏。
设计过程中需要考虑MOS管的额定工作温度和过温保护电路的响应时间。
一种常见的过温保护电路设计是采用温度传感器和比较器，当温度超过设定值时，比较器会触发保护电路，切断电流。
2.3 应用MOS管防护电路广泛应用于各种电子设备中，例如电源管理、电机驱动、逆变器等。
通过合理设计和应用MOS管防护电路，可以提高电子设备的稳定性和可靠性，延长其使用寿命。
3. 热插拔电路3.1 原理热插拔电路用于实现电子设备的热插拔功能，即在电子设备工作状态下，可以随时插入或拔出某个电路模块，而不影响整个系统的工作。
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。
不同供电情况下热插拔硬件电路设计技术
不同供电情况下热插拔硬件电路设计技术热插拔硬件是指用户可以在设备运行状态下将硬件设备插入或拔出设备，而设备不会受到影响或损坏的一种设计技术。
在不同的供电情况下，热插拔硬件的设计需要考虑供电管理、接口保护、信号传输等方面的技术要求，以确保硬件可以稳定运行并保护设备不受损害。
本文将从不同供电情况下热插拔硬件电路设计的角度进行探讨。
一、直流供电情况下的设计技术在直流供电情况下，热插拔硬件的设计需要考虑以下几个方面的技术要求：1.供电管理：直流供电需要考虑电压稳定性和保护电路的设计。
需要设计相应的电压调节电路和过载保护电路，以确保供电电压稳定且符合硬件设备的工作要求。
2.接口保护：热插拔硬件的接口需要设计过载保护和静电保护电路，以防止插入或拔出硬件设备时接口受到损坏或干扰信号传输。
3.信号传输：硬件设备的信号传输需要考虑信号线路的阻抗匹配和信号滤波电路的设计，以确保信号传输稳定且不受干扰。
4.硬件设备检测：设计相应的硬件设备检测电路，检测硬件设备的插入或拔出状态，并通知系统进行相应的处理。
以上是在直流供电情况下热插拔硬件的设计技术要求，设计人员需要结合具体的硬件设备和系统要求进行设计，以确保硬件设备可以稳定运行且不受损害。
二、交流供电情况下的设计技术在交流供电情况下，热插拔硬件的设计技术要求与直流供电情况下有所不同，设计人员需要特别考虑以下几个方面的技术要求：1.供电管理：交流供电需要设计变压器或者稳压器等电源管理电路，以确保供电电压和频率稳定。
2.接口保护：交流供电接口需要特别考虑漏电保护和过载保护电路的设计，以防止硬件设备或者用户受到电击或者损害。
3.信号传输：交流供电情况下信号传输需要特别考虑地线的连接和滤波电路的设计，以确保信号传输稳定且不受电源干扰。
4.硬件设备检测：专门设计硬件设备检测电路，检测硬件设备的插入或拔出状态，并通知系统进行相应的处理。
在交流供电情况下，热插拔硬件的设计需要特别考虑电压和频率的稳定性、接口保护和信号传输等技术要求，设计人员需要结合具体的硬件设备和系统要求进行设计，以确保硬件设备可以稳定运行且不受损害。
热插拔保护电路设计
热插拔保护电路设计热插拔保护电路设计，听上去是不是有点高大上？其实呢，说白了，就是保护咱们的电子设备在插拔过程中不受伤害。
你可能会想，“这东西到底有什么用啊？插个设备而已，谁会在乎插拔的事儿呢？”好吧，听我慢慢跟你道来。
咱们先想想，如果你电脑的USB接口频繁插拔，那不就像一个人天天换鞋子一样吗？别看每次都好像没啥大不了的，但其实每次插拔就像在给电路系统“上大课”一样，这不，小心到时候短路了，烧坏了，搞得一团糟，谁都受不了吧。
就拿插拔时的电压变化来说，当你把设备插到插座上或者拔掉时，那电流瞬间变化，可别小看这个小小的波动，这可能就是电路烧毁的“导火线”。
有时设备接触不好，短时间内电流和电压不稳定，搞得系统乱七八糟，最后一不小心烧了芯片，设备就等于报废了。
所以，这个热插拔保护电路就显得尤为重要，它能在你插拔设备时，及时“挡住”那些潜在的电流和电压冲击。
你看，热插拔保护电路设计的原理其实挺简单的，就是通过一些电子元件，像电容、电阻和二极管，来控制电流的大小，确保设备插拔时电流的流动平稳，不会产生电压的尖峰。
这就像是你开车过泥泞的路段，如果没有减震器，车一颠一颠的，哎呦，怕是快散架了。
而有了这些保护电路后，不管怎么插拔设备，系统的“冲击”就能得到缓解，电子设备就能在稳定的环境下工作。
要说这热插拔保护电路设计的重要性，咱们可得从两个方面来看。
第一，大家可能都知道，现代设备更新换代快，USB接口、硬盘、打印机这些东西时常需要插拔。
那要是没有保护电路，插拔一两次，电流一乱，设备可能就受不了了，结果麻烦的不是设备，而是用户！设备的损坏可不比换个新电池这么简单，要是商家不给你保修，或者你要自己掏钱修，那可就得不偿失。
第二，很多人会认为，哎呀，我设备就那么几次插拔，能坏啥呢？事实上，电子设备的寿命本来就很短，一不小心损坏，修起来可不是一笔小数目。
尤其是那些高端设备，万一插拔时出了问题，结果就不好说了。
热插拔保护电路设计的好处不止这些。
热插拔抑制电路
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电信系统的热插拔设计避免拼凑、支持高效设计模板
电信系统的热插拔设计:避免拼凑、支持高效设计时间：2011-02-15 15:50:58 来源：作者：本应用笔记讨论了热插拔电路在常备系统中的重要作用和电路优化，本文以电信系统作为需要插入背板的微处理器板卡的例子。
“始终保持有效运转”的系统定义为不会因为维护或整修而断电的系统，本文涉及的“5个9”高度可靠系统几乎意味着零关断。
如此可靠运行的设备必须依靠热插拔电路，在不关闭整体系统电源的前提下插入或拔出维护板卡。
本文详细介绍了热插拔电路，对一些拼凑而成的热插拔方案加以分析，说明了这些方法中存在的缺陷。
本文还阐述了新一代高集成度控制器，这些热插拔控制器从根本上克服了早期设计的问题。
类似文章于2010年7月19日发表在Planet Analog网站。
引言与其它复杂的多卡系统类似，电信系统是由插入背板的微处理器板卡系统的集合。
这类“始终保持有效运转”的系统通常包括：专用交换机(PBX)、蜂窝基站(BTS)、刀片式中心(BCT)服务器、网络数据通信和存储系统。
系统一旦上电运行，将不允许断电中止服务或进行维护。
通常用“5个9”描述这些系统，即99.999%地保持有效运转，这意味着几乎为零的关断时间。
对于工作在这一级别的系统，必须允许在保持整个系统工作的状态下插入或拔出板卡，以便对系统进行维护、升级和配置，有时甚至是在不影响系统工作的状态下进行系统扩展。
本文讨论了板级工程师目前在设计热插拔电路时所采取的一些拼凑式方案，并在随后探讨了几种新一代热插拔控制的创新方案。
“热插拔”定义中重点强调了电压瞬变，文中介绍了拼凑式热插拔控制方案的一些负面影响。
文章最后介绍了近期推出的热插拔控制创新技术。
热插拔事件：理解瞬变图1. 多PCB基板系统热插拔事件：板卡插入、拔出时产生的浪涌电流尖峰热插拔表示在全速运转、没有断电的系统中插入或拔出板卡、电缆或其它装置。
利用合理的设计，带电插入板卡时不会在电源或系统的输入、输出信号上产生任何干扰。
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•引言服务器、网络交换机、冗余存储磁盘阵列（RAID），以及其它形式的通信基础设施等高可用性系统，需要在整个使用生命周期内具有接近零的停机率。
如果这种系统的一个部件发生了故障或是需要升级，它必须在不中断系统其余部分的情况下进行替换，在系统维持运转的情况下，发生故障的电路板或模块将被移除，同时替换部件被插入。
这个过程被称为热插拔（hot swapping）（当模块与系统软件有相互作用时，也被称为hot plugging1）。
为了实现安全的热插拔，通常使用带交错引脚的连接器来保证地与电源的建立先于其它连接，另外，为了能够容易的从带电背板上安全的移除和插入模块，每块印制板（PCB）或热插拔模块都带有热插拔控制器2。
在工作状态下，控制器还可提供持续的短路保护和过流保护。
尽管切断或开启的电流会比较大，但大电流设计的一些微妙之处却常常未得到充分的考虑。
“细节决定成败”，本文将重点分析热插拔控制电路中各部件的功能及重要性，并深入分析在设计过程中使用ADI公司ADM11773热插拔控制器时的设计考虑和器件选型标准。
热插拔技术常用的两种系统电源电压为-48 V和+12 V，它们使用不同的热插拔保护配置。
-48 V系统包含低端热插拔控制器和导通MOSFET；而+12 V 系统使用高端热插拔控制器和导通MOSFET。
-48 V方案来源于传统的通信交换系统技术，如高级通信计算架构（ATCA）系统、光网络、基站，以及刀片式服务器。
48 V电源通常可由电池组提供，选用48 V是因为电源及信号能被传输至较远的距离，同时不会遭受很大损失；另外，在通常条件下，由于电平不够高，所以不会产生严重的电气冲击危险。
采用负电压的原因是，当设备不可避免的暴露在潮湿环境中时，在正极端接地的情况下，从阳极到阴极的金属离子迁移的腐蚀性较弱。
然而，在数据通信系统中，距离并不是重要因素，+12 V电压会更加合理，它常用于服务器及网络系统中。
本文将重点介绍+12 V系统。
热插拔事件考虑一个具有12 V背板及一组可移除模块的系统。
每个模块必须能在不影响任意相邻模块正常工作的条件下被移除和替换。
当没有控制器时，每个模块可能会对电源线造成较大的负载电容，通常在毫法量级。
首次插入一个模块时，其未充电的电容需要所有可用的电流来对其进行充电。
如果不对这个浪涌电流加以限制，这个很大的初始电流将会降低端电压，导致主背板上的电压大幅下降，使系统中的多个邻近模块复位，并破坏模块的连接器。
这个问题可通过热插拔控制器（图1）来解决，热插拔控制器能合理控制浪涌电流，确保安全上电间隔。
上电后，热插拔控制器还能持续监控电源电流，在正常工作过程中避免短路和过流。
图1 热插拔应用框图•热插拔控制器ADM1177热插拔控制器包括三个主要元件（图2）：用作电源控制主开关的N沟道MOSFET、测量电流的检测电阻，以及热插拔控制器。
热插拔控制器用于实现控制MOSFET 导通电流的环路，其中包含一个电流检测放大器。
图2、ADM1177功能框图热插拔控制器内部的电流检测放大器用于监控外部检测电阻上的电压降。
这个小电压（通常为0~100 mV）必须被放大到可用的水平。
ADM1177中放大器的增益为10，那么，举例来说，某个给定电流产生的100 mV电压降将被放大到1 V。
这个电压将与固定或可变的基准电压进行比较。
如果使用1V的基准源，那么在检测电阻上产生100 mV（±3%）以上电压的电流将导致比较器指示过流。
因此，最大电流触发点主要取决于检测电阻、放大器增益，以及基准电压；检测电阻值决定了最大电流。
定时器电路用于设定过流持续时间。
ADM1177 具有软启动功能，其中过流基准电压线性上升，而不是突然开启，这使得负载电流也以类似方式跟着变化。
这可通过从内部电流源往外部电容（SS引脚）注入电流，令比较器的基准输入从0 V到1 V线性升高而实现。
外部SS电容决定了上升的速度。
如果需要，SS引脚也可以直接使用电压驱动，以设定最大电流限。
由比较器及参考电路构成的开启电路用于使能器件。
它精确设定了使能控制器所必须达到的电源电压。
器件一旦使能，栅极就开始充电，这种电路所使用的N沟道MOSFET的栅极电压必须高于源极。
为了在整个电源电压（VCC）范围内实现这个条件，热插拔控制器集成了一个电荷泵，能够将GATE引脚的电压维持在比VCC还高10 V的水平。
必要时，GATE引脚需要电荷泵上拉电流来使能MOSFET，并需要下拉电流来禁用MOSFET。
较弱的下拉电流用于调节，较强的下拉电流则用于在短路情况下快速禁用MOSFET。
热插拔控制器的最后一个基本模块为定时器，它限制过流情况下电流的调节时间。
选用的MOSFET能在指定的最长时间内承受一定的功率。
MOSFET制造商使用如图3所示的图表标出这个范围，或称作安全工作区（SOA）。
图3 MOSFET SOA图SOA 图所示的是漏源电压、漏极电流，以及MOSFET能够承受这一功耗的持续时间之间的关系。
例如，图3中的MOSFET在10 V和85 A（850 W）条件下能承受1 ms，如果这一条件持续更长时间，则MOSFET可能损坏。
定时器电路使用外部定时器电容来限制MOSFET经受这些最坏条件的时间。
例如，如果定时器设置为1ms，当电流的持续时间超过1 ms的限制时，电路就会暂停，并关断MOSFET。
为了提供安全裕量，在ADM1177中，定时器的电流检测电压激活阈值被设置为92 mV，因此，当检测电压接近100 mV的额定值时，热插拔控制器就会开始计时。
•设计实例由于ADM1177等控制器的设计允许一定的灵活性，因此演示其在12 V热插拔设计实例中的应用是很有用的。
在本例中，假设：控制器为ADM1177VIN = 12 V （±10%）VMAX = 13.2 VITRIP = 30 ACLOAD = 2000 μFVON = 10 V （较好的开启控制器的电源电平）IPOWERUP = 1 A （上电过程中所需的直流偏置电流）为简化讨论，计算中不考虑器件容差效应。
当然，在最坏条件的设计中，应当考虑这些容差。
ON 引脚首先考虑在电源电压超过10 V的情况下使能控制器的情况。
如果ON引脚的阈值为1.3 V，从VIN 到ON引脚的分压器比例应该设定为0.13:1。
为了保证准确性，选择电阻时应考虑到引脚的漏电。
由10 kΩ与1.5 kΩ构成的电阻分压器的分压比为0.130。
检测电阻的选择检测电阻的选取应以开启定时器所需的负载电流为依据。
其中VSENSETIMER = 92 mV.检测电阻在30 A电流下消耗的最大功率为因此，检测电阻应该能承受3W的功率。
如果没有具有适当的额定功率或阻值的单个电阻，可以使用多个电阻并联来构成检测电阻。
负载电容充电时间选择MOSFET之前必须确定负载电容充电所需的时间。
在上电阶段，由于负载电容的浪涌电流效应，控制器通常会达到电流限制。
如果TIMER引脚设置的时间不足以允许负载电容完成充电，那么MOSFET将被禁用，系统无法上电。
我们可以使用下列公式来确定理想的充电时间：其中VREGMIN = 97 mV，是热插拔控制器的最小调节电压。
这个公式假定负载电流瞬时从0 A上升到30 A，这是一个理想情况。
实际上，较大MOSFET的栅极电荷量QGS会限制栅极电压的压摆率，从而限制上电电流，因此，一定量的电荷会传输到负载电容而不触发定时器功能。
在图4中，具有较大QGS的MOSFET 会导致定时器的工作时间短于具有较小QGS的MOSFET，前者为T1 ~ T3，而后者为T0 ~ T2。
图4、启动过程中QGS的影响这是因为在T0和T1之间传输电荷的增加小于电流限制，因此实际时间小于计算所需的时间。
这个数值难以定量，它取决于控制器栅极电流以及MOSFET的栅极电荷和电容。
在某些情况下，它可能占到整个充电电流的30％，因此在设计中需要对其加以考虑，尤其是使用大MOSFET及大电流的设计。
在利用具有较小栅极电荷的MOSFET的设计中，可假设栅极电压的上升速度很快。
这会导致从0 A到ITRIP的快速增加，从而引起不希望的瞬变，在这种情况下，应使用软启动。
•软启动利用软启动，浪涌电流在软启电容设定的期间可以从零线性增加到满量程。
通过逐步提高基准电流，能避免浪涌电流突然达到30 A的限制。
需要注意的是，在软启过程中，电流处于调整过程中，因此，定时器从软启动开始之际就进入工作状态，如图5所示。
图5 软启动对定时器的影响因此，推荐将软启动时间设定为不超过定时器总时间的10％~20％。
例如，可以选择100 μs的时间。
软启电容可由下式确定：其中ISS = 10 μA and VSS = 1 V.MOSFET与定时器的选择选择合适的MOSFET的第一步为选定VDS 和ID标准。
对于12 V系统来说，VDS应为30 V或40 V，以处理可能损坏MOSFET的瞬变。
MOSFET的ID应远大于所需的最大值（参考图3的SOA图）。
在大电流应用中，最重要的指标之一为MOSFET的导通电阻RDSON。
较小的RDSON能确保MOSFET在正常工作时具有最小功耗，并在满负载条件下产生最少的热量。
对热量及功耗的考虑因为必须要避免过热，因此，在考虑SOA指标与定时器选择之前，应该先考虑MOSFET 在直流负载条件下的功耗。
随着MOSFET温度的升高，额定功率将会减小或降额。
此外，在高温下工作时，MOSFET的使用寿命会缩短。
前面提及热插拔控制器将在92 mV的最小检测电压下开启定时器。
为了进行计算，我们需要知道不会触发定时器的最大允许直流电流。
假设最坏条件下的VREGMIN 为97 mV，那么，假设MOSFET‘s 最大RDSON is 2 mΩ，则功率为数据手册中会给出MOSFET在常温下的热电阻。
封装尺寸及附加的铜引线会对其具有一定影响。
假设由于MOSFET需要消耗2.1W的功率，最坏条件下，温度可能将上升到高于室温126°C：降低这个数值的一种方法是并联使用两个或更多的MOSFET，这样能有效降低RDSON，从而降低MOSFET的功耗。
使用两个MOSFET时，假设电流在器件间均匀匹配（允许一定的容差），那么每个MOSFET的温度升高最大值为32°C。
下式给出了每个MOSFET的功耗：假设室温TA = 30°C，再加上这个温度上升值，那么每个MOSFET的最大温度为62°C。
MOSFET SOA考虑下一步需要检查SOA图，以选择合适的能工作在最坏条件的MOSFET。
在短路到地的最坏条件下，可假设VDS等于VMAX，为13.2V，这是将MOSFET源极拉到地时MOSFET 上能产生的最大电压。