中心議題：
? 采用48V分布式電源結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮的設(shè)計(jì)問題
? 用控制器電路解決熱插拔運(yùn)行中的安全問題
解決方案：
? 帶電插拔時(shí)，各種參數(shù)決不能超過各元件的極限值或絕對(duì)最大額定值
? 帶電插入電源模塊(IAM)，浪涌電流必須限制在可接受的數(shù)值
? 帶電插入DC-DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流必須限制在額定值以內(nèi)
? 負(fù)載斷開或者未接取樣線時(shí)不允許DC-DC轉(zhuǎn)換器傳輸能量

帶電插撥功能同時(shí)也稱為熱插拔功能，在電源設(shè)計(jì)中是非常重要的。在采用故障容限電源架構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)中，都要求帶有熱插拔功能以滿足零停機(jī)時(shí)間的要求。在現(xiàn)代模擬通信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，通常都必需滿足這個(gè)要求。

實(shí)際上，許多大型電信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都采用插入到機(jī)架內(nèi)共同背板上的多個(gè)電路板或刀片來(lái)構(gòu)建。由于現(xiàn)代刀片具有更高級(jí)的功能，它需要消耗更多的功率，如高級(jí)電信計(jì)算架構(gòu)（ATCA）刀片消耗的功率約為≥200W。而背板為刀片以及它們之間的通信提供電源(例如+48V、-48V、12V)。

由于背板電源始終處于開啟狀態(tài)，因此被稱為“熱”或者“運(yùn)行著”的背板。刀片必須插入機(jī)架而不能影響背板上其余刀片的工作。最新插入的刀片將利用背板的電源工作。如果檢測(cè)到刀片發(fā)生故障，必須從插槽中把這個(gè)刀片拔掉，再把新的刀片插入同一個(gè)插槽以恢復(fù)服務(wù)。把刀片插入運(yùn)行中的背板或者從插槽中拔掉的過程稱為“熱插拔”?？梢灾С诌@個(gè)功能的刀片稱為“可熱插拔”的刀片。

因此本文將介紹以下二個(gè)方面的內(nèi)容：其一、采用具有熱插拔功能的電源模塊組成48V分布式電源結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮的設(shè)計(jì)問題；其二、用熱插拔控制器電路解決多個(gè)電路板或刀片刀片熱插拔運(yùn)行中的安會(huì)問題。

熱插拔功能的電源模塊(如IAM型)組成48V分布式電源結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)則

熱插拔功能對(duì)于確保熱插拔元件的安全特別重要。此外，在熱插拔過程中，熱插拔功能需避免對(duì)輸入和輸出電源線電壓產(chǎn)生明顯波動(dòng)。任何母線電壓產(chǎn)生明顯的即使是瞬間波動(dòng)，都可能引起系統(tǒng)工作不正常。在常用的接插件中，各個(gè)接頭不是同時(shí)接通或同時(shí)斷開，而是逐次接通或逐次斷開。因此必須分步驟，保證電源按順序接通或斷開。

為滿足上述要求，所以熱插拔功能的電源模塊(如IAM型)組成48V分布式電源結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)則應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

*帶電插拔時(shí)，各種參數(shù)決不能超過各元件的極限值或絕對(duì)最大額定值。

*帶電插入電源模塊(IAM)，浪涌電流必須限制在可接受的數(shù)值，以免48V輸入母線電壓中斷或跌落。同時(shí)減小各接點(diǎn)之間產(chǎn)生的火花。

*帶電插入DC-DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，該轉(zhuǎn)換器的負(fù)載電流必須限制在額定值以內(nèi)，保證輸出母線電壓Vout平穩(wěn)并且不產(chǎn)生影響調(diào)整率的突變。

*負(fù)載斷開或者未接取樣線時(shí)，決不允許DC-DC轉(zhuǎn)換器傳輸能量，即產(chǎn)生功率突變。

1帶電插入的模塊應(yīng)具有的功能.
為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)規(guī)則，在每只可帶電插入的模塊(IAM)中應(yīng)當(dāng)加入簡(jiǎn)單的保護(hù)和定序電路，這樣可保證電源模塊拔出時(shí)，DC-DC轉(zhuǎn)換器在負(fù)載切斷或取樣線中斷以前就關(guān)斷。同時(shí)，電源模塊(IAM)帶電插入時(shí)，其所有輸入和輸出端都接通以前，DC-DC轉(zhuǎn)換器暫時(shí)保持關(guān)斷狀態(tài)。否則帶電插拔時(shí)，連接器接點(diǎn)無(wú)規(guī)律的通電和斷電，有可能損壞DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊，甚至損壞整個(gè)系統(tǒng)。

2電源模塊中應(yīng)加入某些均流控制電路
這為什么吶？眾所周知,對(duì)故障容限首要并且是最重要的要求是冗余度，也就是說，在電源系統(tǒng)中，至少應(yīng)有一臺(tái)額外的轉(zhuǎn)換器或者說有一臺(tái)冗余轉(zhuǎn)換器。該系統(tǒng)通常稱為N+M配置，其中，N臺(tái)轉(zhuǎn)換器可滿足負(fù)載要求的功率，M臺(tái)轉(zhuǎn)換器模塊作備用。應(yīng)用過程中，一臺(tái)轉(zhuǎn)換器模塊關(guān)斷或發(fā)生故障時(shí)，盡管每臺(tái)模塊的負(fù)載電流突然增加，但是其他模塊仍可保證系統(tǒng)輸出功率不受任何影響。

同樣，當(dāng)一臺(tái)附加的轉(zhuǎn)換器模塊接入電源系統(tǒng)后，盡管每臺(tái)電源模塊的負(fù)載電流突然減小，系統(tǒng)的輸出功率也不受任何影響，為此，各臺(tái)轉(zhuǎn)換器應(yīng)具有均流能力，并且應(yīng)盡量減小每臺(tái)模塊恢復(fù)正常供電所需的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間。所以為了負(fù)載自動(dòng)均流，電源模塊中應(yīng)加入某些均流控制電路。電源模塊的工作溫度對(duì)可靠性有很大影響，工作溫度每降低10℃，平均無(wú)故障時(shí)間可延長(zhǎng)一倍。實(shí)踐證明，在電源系統(tǒng)中，一臺(tái)模塊輸出電流為另一臺(tái)模塊輸出電流的二倍時(shí)，該電源模塊的溫升將增加一倍。
應(yīng)用第二代DC-DC轉(zhuǎn)換器與熱插拔功能的電源模塊(IAM48)構(gòu)建的48V分布式電源方案

圖1為48V分布式方案示意圖

1第二代DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊特性
今使用的是Vicor的第二代轉(zhuǎn)換器模塊，它具有一些極好的特性，大大簡(jiǎn)化了在并聯(lián)冗余系統(tǒng)中的應(yīng)用。該第二代轉(zhuǎn)換器模塊重要的特性：包括使能和關(guān)斷、獨(dú)特的主從均流控制及自主指揮功能，其中一個(gè)轉(zhuǎn)換器模塊在整個(gè)系統(tǒng)中總處于主控地位；第二代轉(zhuǎn)換器模塊還具有一些普通的特性，比如欠壓封鎖，軟起動(dòng)、輸出限流和遠(yuǎn)距離取樣等。尤其是Vicor轉(zhuǎn)換器采用零電流詣?wù)耖_關(guān)。

即，控制開關(guān)頻率和從隔離轉(zhuǎn)換器初級(jí)傳送到次級(jí)的能量脈沖速率，即可達(dá)到要求的電源調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。在任意給定輸入電壓下，脈沖寬度是恒定的，因此，每個(gè)脈沖的能量也是恒定的。在維持輸出電壓穩(wěn)定的情況下，為了滿足負(fù)載電流的要求，可以控制脈沖重復(fù)率(即開關(guān)頻率)，因此各模塊的開關(guān)頻率完全同步的話，相同模塊可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流。

由圖1可知，第二代DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊上的PR腳是一個(gè)雙向端口，它可連接并聯(lián)均流母線。該端口可以接收或傳輸同步脈沖信號(hào)?？煽刂妻D(zhuǎn)換器模塊傳輸同步工作，所有其他模塊均接受同步脈沖，保證所有模塊同頻率工作。PC(初級(jí)控制)腳也是一個(gè)雙向端口。該端口用作模塊狀態(tài)輸出，在轉(zhuǎn)換器工作過程中，該腳直流電壓為6Vdc，在故障狀況下，比如過熱或輸出過壓時(shí)，PC腳將變?yōu)榈碗娖?對(duì)負(fù)輸入腳-Vin的電壓接近0V)。在故障繼續(xù)存在的情況下，PC腳周期地轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖讲⒈M力使轉(zhuǎn)換器模塊重新起動(dòng)。

只有故障狀態(tài)消除后，PC腳才可能保持高電平。PC腳也可作使能／關(guān)斷輸入腳，如果PC腳外接低電平，轉(zhuǎn)換器則關(guān)斷。PC腳維持低電平時(shí)，輸出電流接近2mA。為了完成使能／關(guān)斷功能，可采用開路集電極或漏極晶體管開關(guān)(見圖1所示的Q3)。

取樣腳S用于提高輸出終端電源母線電壓的穩(wěn)定精度，通常電源系統(tǒng)的負(fù)載都接在輸出終端電源母線上。終端取樣閉合調(diào)整控制回路，調(diào)整轉(zhuǎn)換器輸出電壓Vout，以便補(bǔ)償輸出母線Vout(在圖1左端扦件上)上產(chǎn)生的電壓降。取樣腳終端接法是維持輸出電壓控制所必須的。