中心議題：
? 采用48V分布式電源結構時應考慮的設計問題
? 用控制器電路解決熱插拔運行中的安全問題
解決方案：
? 帶電插拔時，各種參數(shù)決不能超過各元件的極限值或絕對最大額定值
? 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轉換器時，轉換器的負載電流必須限制在額定值以內(nèi)
? 負載斷開或者未接取樣線時不允許DC-DC轉換器傳輸能量

帶電插撥功能同時也稱為熱插拔功能，在電源設計中是非常重要的。在采用故障容限電源架構的應用系統(tǒng)中，都要求帶有熱插拔功能以滿足零停機時間的要求。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要求。

實際上，許多大型電信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)都采用插入到機架內(nèi)共同背板上的多個電路板或刀片來構建。由于現(xiàn)代刀片具有更高級的功能，它需要消耗更多的功率，如高級電信計算架構（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“運行著”的背板。刀片必須插入機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。如果檢測到刀片發(fā)生故障，必須從插槽中把這個刀片拔掉，再把新的刀片插入同一個插槽以恢復服務。把刀片插入運行中的背板或者從插槽中拔掉的過程稱為“熱插拔”。可以支持這個功能的刀片稱為“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分布式電源結構時應考慮的設計問題；其二、用熱插拔控制器電路解決多個電路板或刀片刀片熱插拔運行中的安會問題。

熱插拔功能的電源模塊(如IAM型)組成48V分布式電源結構的設計規(guī)則

熱插拔功能對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輸入和輸出電源線電壓產(chǎn)生明顯波動。任何母線電壓產(chǎn)生明顯的即使是瞬間波動，都可能引起系統(tǒng)工作不正常。在常用的接插件中，各個接頭不是同時接通或同時斷開，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分布式電源結構的設計規(guī)則應注意如下幾點：

*帶電插拔時，各種參數(shù)決不能超過各元件的極限值或絕對最大額定值。

*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。同時減小各接點之間產(chǎn)生的火花。

*帶電插入DC-DC轉換器時，該轉換器的負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。

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

1帶電插入的模塊應具有的功能.
為了實現(xiàn)上述設計規(guī)則，在每只可帶電插入的模塊(IAM)中應當加入簡單的保護和定序電路，這樣可保證電源模塊拔出時，DC-DC轉換器在負載切斷或取樣線中斷以前就關斷。同時，電源模塊(IAM)帶電插入時，其所有輸入和輸出端都接通以前，DC-DC轉換器暫時保持關斷狀態(tài)。否則帶電插拔時，連接器接點無規(guī)律的通電和斷電，有可能損壞DC-DC轉換器模塊，甚至損壞整個系統(tǒng)。

2電源模塊中應加入某些均流控制電路
這為什么吶？眾所周知,對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，至少應有一臺額外的轉換器或者說有一臺冗余轉換器。該系統(tǒng)通常稱為N+M配置，其中，N臺轉換器可滿足負載要求的功率，M臺轉換器模塊作備用。應用過程中，一臺轉換器模塊關斷或發(fā)生故障時，盡管每臺模塊的負載電流突然增加，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，當一臺附加的轉換器模塊接入電源系統(tǒng)后，盡管每臺電源模塊的負載電流突然減小，系統(tǒng)的輸出功率也不受任何影響，為此，各臺轉換器應具有均流能力，并且應盡量減小每臺模塊恢復正常供電所需的動態(tài)響應時間。所以為了負載自動均流，電源模塊中應加入某些均流控制電路。電源模塊的工作溫度對可靠性有很大影響，工作溫度每降低10℃，平均無故障時間可延長一倍。實踐證明，在電源系統(tǒng)中，一臺模塊輸出電流為另一臺模塊輸出電流的二倍時，該電源模塊的溫升將增加一倍。
應用第二代DC-DC轉換器與熱插拔功能的電源模塊(IAM48)構建的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轉換器模塊特性
今使用的是Vicor的第二代轉換器模塊，它具有一些極好的特性，大大簡化了在并聯(lián)冗余系統(tǒng)中的應用。該第二代轉換器模塊重要的特性：包括使能和關斷、獨特的主從均流控制及自主指揮功能，其中一個轉換器模塊在整個系統(tǒng)中總處于主控地位；第二代轉換器模塊還具有一些普通的特性，比如欠壓封鎖，軟起動、輸出限流和遠距離取樣等。尤其是Vicor轉換器采用零電流詣振開關。

即，控制開關頻率和從隔離轉換器初級傳送到次級的能量脈沖速率，即可達到要求的電源調(diào)整率和負載調(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，為了滿足負載電流的要求，可以控制脈沖重復率(即開關頻率)，因此各模塊的開關頻率完全同步的話，相同模塊可實現(xiàn)自動均流。

由圖1可知，第二代DC-DC轉換器模塊上的PR腳是一個雙向端口，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。可控制轉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(初級控制)腳也是一個雙向端口。該端口用作模塊狀態(tài)輸出，在轉換器工作過程中，該腳直流電壓為6Vdc，在故障狀況下，比如過熱或輸出過壓時，PC腳將變?yōu)榈碗娖?對負輸入腳-Vin的電壓接近0V)。在故障繼續(xù)存在的情況下，PC腳周期地轉變?yōu)楦唠娖讲⒈M力使轉換器模塊重新起動。

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／關斷輸入腳，如果PC腳外接低電平，轉換器則關斷。PC腳維持低電平時，輸出電流接近2mA。為了完成使能／關斷功能，可采用開路集電極或漏極晶體管開關(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)整轉換器輸出電壓Vout，以便補償輸出母線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。