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利用热插拔和“或”逻辑控制器构建高可靠性的通信设备系统

发布时间:2019-06-07 07:15 来源:未知 编辑:admin

  通信设备通常采用多线卡﹑背板架构。在背板上有多个卡槽,线卡插接在这些卡槽里。线卡承载业务,背板提供系统数据总线和电源总线。线卡通过背板上的总线实现互联以及与主控板的通讯。整个设备一旦上电,就必须持续工作,不能下电。在整个设备运行的过程中,线卡可能需要维修﹑升级﹑配置或者是扩容。这就需要在背板带电的情况下将线卡拔出/插入,整个过程中系统不能下电。为了可靠的实现这一带电插拔过程,控制对背板电源总线的冲击,通常使用热插拔电路。为了进一步提高系统的可靠性,通信设备还会采用电源备份架构。当主电源损坏后,备份电源会及时切入,以确保设备的正常运转。

  “或”逻辑控制电路就是用来实现这一电源切换的功能。热插拔电路和“或”逻辑控制电路为通信设备这类的多线卡﹑背板设备,提供了高可靠性的解决方案。

  线卡的电源入口侧通常都有几百微法拉~几千微法拉的电容,用于电源滤波和储能。当整个系统工作时,插在背板上的线卡,其入口侧电容都是充满的。当将另外一块线卡插入正在运行中的背板上时,这些无电荷的电容会被充电。因为线卡和背板金属件的接触在极短的时间内发生,线卡的入口电容容值又较高,充电电流可以很大,如图1所示。

  图1. 插入线号线被快速充电,一部分充电电流来自C1﹑C2,还有一些充电电流来由电源模块。基于系统设计的不同,充电电流可以在很短的时间内,达到几百安培的水平。

  这一电流冲击可能造成背板总线电压的跌落,进而导致系统复位。这一不受控的电流冲击过程还可能造成系统的损坏,例如:损坏滤波电容,PCB走线,背板连接器。

  应对这一现象的最好方法就是使用热插拔控制器,来控制插拔过程中冲击电流的峰值。

  高可靠性的通讯系统,常常应用备份电源架构来提高系统的可靠性。当主电源工作异常或失效时,备份电源会及时切入,维持系统运转。在该架构中,常用的方法是使用一对二极管来构建电源的“或”逻辑,连接在主/备电源和负载之间。该电路的缺点是二极管的正向导通电压较高,二极管上有较高的损耗。“或”逻辑控制器就是用来模仿二极管的电特性,同时降低整个系统的损耗。

  低压差“或”逻辑开关控制器独立地控制每个通道的背靠背nMOSFET,实现热插拔和“或”逻辑控制。控制器内置四个MOSFET 驱动器(GATE1_和GATE2_),GATE1_ 控制外部n沟道功率MOSFET实现“或”逻辑,防止主/备电源间的电流流动或OUT到IN间的电流倒灌;GATE2_控制外部n沟道功率MOSFET实现热插拔功能。通路上的精密电阻,用于电流采样。

  开关控制器(这里的MAX5944)实时监控采样电阻RSENSE两端的电压,调整冲击电流的大小来保证VIS在限流门限电压VTH以下,见图2。

  图2. MAX5944“或”逻辑开关控制器通过实时监测RSENSE两端电压限制冲击电流

  限流门限电压VTH为固定值,通过改变采样电阻的值来设定每个通道的限流值,ILIMIT_ = VTH /RSENSE_. 当负载电流小于限定值(ILIMIT)时, GATE2_ 上升到VGS=5.5V将Q2_完全导通。当负载电流超过限定值(ILIMIT)时,MAX5944会将GATE2_ 拉低,降低流过Q2_的电流,将其限定在限流值ILIMIT。这时输出OUT_的表现类似于恒流源。

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