為了實現越來越小的占板麵積需求
，采用的元器件也變得越來越少。麵對更短的產品上市時間
，工程師不得不想方設法簡化設計。MPS 最新推出的一款集成PMBus 接口的熱插拔解決方案 MP5023，為工程師提供了一種創新的解決方案，助力其應對上述設計挑戰。 

 

熱插拔過程 

 

與許多通信基礎架構一樣
，高可用性和高可靠性是數據中心係統設計的關鍵要素。可插拔模塊和PCB（例如服務器和存儲設備）在電源接口需要采用保護和控製電路。可插拔模塊和PCB（例如服務器和存儲設備）在zai電dian源yuan接jie口kou需xu要yao采cai用yong保bao護hu和he控kong製zhi電dian路lu。通tong常chang將jiang此ci電dian路lu稱cheng之zhi為wei熱re插cha拔ba控kong製zhi電dian路lu。想xiang要yao了le解jie熱re插cha拔ba控kong製zhi電dian路lu對dui係xi統tong的de作zuo用yong
，首shou先xian需xu了le解jie熱re插cha拔ba動dong作zuo前qian後hou係xi統tong狀zhuang態tai的de變bian化hua。圖tu 1 顯示的主機係統背板起(qi)初(chu)為(wei)完(wan)全(quan)通(tong)電(dian)狀(zhuang)態(tai)。在(zai)帶(dai)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)，所(suo)有(you)的(de)大(da)容(rong)量(liang)電(dian)容(rong)和(he)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)都(dou)已(yi)充(chong)滿(man)電(dian)。將(jiang)未(wei)充(chong)電(dian)的(de)板(ban)卡(ka)插(cha)入(ru)帶(dai)電(dian)係(xi)統(tong)，會(hui)快(kuai)速(su)為(wei)板(ban)卡(ka)充(chong)電(dian)並(bing)對(dui)帶(dai)電(dian)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)放(fang)電(dian)。若(ruo)對(dui)板(ban)卡(ka)的(de)充(chong)電(dian)不(bu)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi), 會需要非常大的浪湧電流; 而對係統放電電流不控製, 會大大降低

 

圖 1：電信係統中分布式電源架構示例

 

rechabajiejuefangankeyihenhaodikongzhibankadeshangdianshixuheguanlixitongdexiangying。dangbankacharulianjieqihou

，bankayuxitongzhengquepeiduixuyaojihaomiaodeshijian。dangbankacharuhou，kashangdianrongkaishichongdian, 從(cong)帶(dai)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)吸(xi)收(shou)電(dian)流(liu)。一(yi)旦(dan)電(dian)容(rong)開(kai)始(shi)充(chong)電(dian)，板(ban)卡(ka)類(lei)似(si)對(dui)地(di)短(duan)路(lu)並(bing)出(chu)現(xian)非(fei)常(chang)大(da)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)浪(lang)湧(yong)電(dian)流(liu)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)要(yao)求(qiu)很(hen)高(gao)
，可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)以(yi)及(ji)係(xi)統(tong)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)。熱(re)插(cha)拔(ba)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)在(zai)不(bu)關(guan)閉(bi)係(xi)統(tong)電(dian)源(yuan)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，可(ke)以(yi)將(jiang)卡(ka)/板插入或拔出, 而不影係統的正常工作。 

 

設計挑戰 

 

在服務器和存儲等應用中，熱插拔解決方案的特點通常包括：在插入和拔出過程中，對帶電電路板浪湧電流的安全控製
；故障監控診斷和保護以及高精度的電氣（電壓
，電流，功率）和環境（溫度）參數
，以便在模擬或數字域中提供實時係統遙測。尤其在服務器機架中的一個線卡/板發生故障時，故障應與特定線卡/板隔離，並且不得影響係統背板或由該帶電背板供電的其他線卡/板。 

 

防止係統停機的最好方法是檢測、響應並盡快糾正潛在損壞故障。  

 

傳統的熱插換保護控製電路設計方法是使用分立元件。通常分立式熱插拔解決方案會包括一個控製IC
、功率器件（如 MOSFET）、以yi及ji采cai樣yang電dian阻zu，用yong來lai管guan理li背bei板ban和he主zhu板ban之zhi間jian的de功gong率lv流liu動dong
，防fang止zhi發fa生sheng故gu障zhang並bing擾rao亂luan其qi他ta係xi統tong。此ci種zhong方fang法fa可ke以yi實shi現xian基ji本ben的de保bao護hu要yao求qiu。但dan分fen立li式shi解jie決jue方fang案an的de短duan板ban也ye是shi眾zhong所suo周zhou知zhi的de，比bi如ru：

 

● 元件使用量多，占版麵積大。元件越多，係統的穩健性和可靠性就越受影響。

● 分立式方案的MOSFET沒有熱保護功能。在極端條件下
，其熱設計通常會超出設備保護的安全工作區（SOA）限製。

● 故在PCB布局時需格外小心。工程師必須了解Kelvin電流采樣技術，才能正確精準地進行電流監控和限流操作。

 

由you於yu增zeng加jia了le係xi統tong的de複fu雜za性xing並bing且qie縮suo短duan了le設she計ji周zhou期qi，設she計ji資zi源yuan變bian得de更geng加jia緊jin缺que，資zi源yuan分fen配pei主zhu要yao取qu決jue於yu開kai發fa係xi統tong的de關guan鍵jian知zhi識shi產chan權quan。這zhe通tong常chang意yi味wei著zhe隻zhi能neng在zai開kai發fa後hou期qi才cai能neng關guan注zhu電dian源yuan。 

 

因yin為wei很hen難nan通tong過guo有you限xian的de電dian源yuan設she計ji專zhuan業ye知zhi識shi來lai快kuai速su解jie決jue上shang述shu缺que點dian，因yin此ci
，越yue來lai越yue需xu要yao開kai發fa出chu可ke靠kao的de熱re插cha拔ba解jie決jue方fang案an。理li想xiang的de熱re插cha拔ba解jie決jue方fang案an應ying該gai具ju備bei小xiao封feng裝zhuang、高性價比、高可靠性以及采用最簡單的設計等特質。 

 

創新型解決方案 

 

與傳統的分立式解決方案不同
，MPS研發的單片解決方案—MP5023 是一款16V熱插拔解決方案，它集成了MOSFET和采樣電阻以及一個可以處理50A電流的PMBus接口

，並且所有元器件均集成在一個單獨的矽片中 （見圖2）。MP5023 采用小型 QFN(4mmx5mm) 封裝。

 

圖 2：MP5023 對比分立式熱插拔解決方案

 

MP5023 可以最大限度地減少外部元器件的使用數量，簡化係統設計（見圖 3）。工程師僅需選擇正確的阻值來設置電流監控
、限流功能和PMBus地址、以及用於軟啟動和其他定時功能的正確電容數值即可。MP5023 還簡化了PCB的布局問題
，優化了IC封裝裏的MOSFET和采樣電阻連接。它可以內部補償Kelvin采樣過程中的不完整性和誤差


，大大節省了工程師的工作時間和精力。 

 

圖 3：MP5023典型應用電路

 

與分立式解決方案相比
，MP5023 的優勢在於其采用了先進的單片製程，因此電流監控和限流精度得到了很好的控製。在各種溫度範圍內，它都能在10A至50A之間實現±1.5％的電流監控精度（見圖4）。 

 

集成的MOSFET能夠監控管芯上的溫度以便及時關閉MP5023。一旦芯片進入過溫關斷保護
，芯片會保持關閉狀態（鎖定保護）或在結溫降至過溫保護閾值以下後嚐試重新啟動（自動重啟）。PMBus會監控並讀取芯片溫度。因此，工程師無需過多地設計MOSFET和熱保護，即可在極端故障條件下將器件保持在SOA限製內。

 

圖 4：IMON 增益精度對比輸出電流和溫度 

 

MP5023 含有一個PMBus接口且能兼容PMBus 1.3標準，可以提供簡單而靈活的配置方式、電路板和準確的係統控製
，以及具體而精確的監控和遙測技術。PMBus接口還可以對一些參數進行編程，如電壓
、電流、溫wen度du和he故gu障zhang參can數shu，並bing能neng讀du取qu和he報bao告gao實shi時shi信xin息xi。而er且qie還hai可ke以yi動dong態tai調tiao節jie這zhe些xie參can數shu。實shi時shi監jian控kong能neng夠gou全quan麵mian了le解jie方fang案an的de性xing能neng，讓rang工gong程cheng師shi可ke以yi通tong過guo預yu測ce性xing分fen析xi來lai優you化hua係xi統tong的de運yun行xing時shi間jian，並bing在zai需xu要yao修xiu複fu時shi使shi用yong更geng多duo數shu據ju分fen析xi, 來最小化停機時間。 

 

結論 

 

將上述因素結合到諸如 MP5023zhileiderechabajiejuefanganzhong，keyishixitongyunxingshiyingdangqiandexuqiu，jixiaochulezhongfudelaodongmijixinghuodong
，youkeyibangzhugongchengshijianshaozhanbanmianji，jiasuchanpinshangshi。

 

 

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