有關(guān)熱插拔電源的各種問題

有關(guān)熱插拔電源的各種問題

熱插拔表示一個系統(tǒng)在輸入端、輸出端和信號總線都處于工作狀態(tài)的情況下，安裝或拆卸電源模
塊的能力。熱插拔冗余電源系統(tǒng)增加了系統(tǒng)的容錯程度，這對于要求緊急停機的系統(tǒng)格外需要。
為了實現(xiàn)一個熱插拔電源系統(tǒng)，設(shè)計者應(yīng)當(dāng)深入了解一些電氣方面的有關(guān)問題，比如冗余技術(shù)和電
流共享，并且他還應(yīng)當(dāng)對散熱、安全性和機械方面的問題加以注意。
電源系統(tǒng)的冗余通常用n + x 的方法來描述，這里的n 代表在滿足系統(tǒng)最大供電要求時所需要的電
源模塊數(shù)量，x 表示所安裝附加電源模塊的數(shù)量。所以，一個n + 1 的系統(tǒng)就表示系統(tǒng)有比能提供最大負載電流條件下所需最少的電源模塊數(shù)還多1 個的電源模塊。
正如其它冗余電源系統(tǒng)一樣，在熱插拔系統(tǒng)中加上更多的電源模塊可以增加冗余度，所以，如果在
一個系統(tǒng)中安裝了比能支持最大系統(tǒng)負載所需要的最少模塊還多x 個的電源模塊，就能夠在有x 個模塊失效的情況下仍保證維持系統(tǒng)全部正常工作。

電流共享
雖然在熱插拔系統(tǒng)中并不絕對要求有電流共享，但電流共享除了能提供冗余度外還有可減少操作的
優(yōu)點。在一個電流共享系統(tǒng)中，每個模塊所需要的電流與冗余度成比例的下降。
電流共享下降法（見圖）表明在兩個并聯(lián)的模塊之間是怎樣共享負載電流的。如果2 個并聯(lián)組件的
輸出電壓設(shè)置成相近的數(shù)值，總的負載電流將平均地分配在兩個模塊上。不過，任何電壓設(shè)置的偏差都會改變并聯(lián)模塊之間負載電流的平衡狀態(tài)。
而且，冗余電源系統(tǒng)如果以電流共享方式工作，它的暫態(tài)響應(yīng)也比冗余模塊以空載或備用方式工作
的電源系統(tǒng)好。這是因為負載的暫態(tài)電流分配到了并聯(lián)模塊上，而不是在一個模塊上呈現(xiàn)出峰值。
一個熱插拔容錯電源系統(tǒng)必須不僅能提供冗余，并且還應(yīng)當(dāng)能夠承受單點故障。在冗余電源系統(tǒng)中，
降低單點故障可能性的典型方法是使用隔離二極管（或O 形環(huán)路）。使用這種方法時，要在每個電源模塊與電源分配總線之間安裝功率二極管，這樣，當(dāng)任何一個模塊出現(xiàn)欠壓或短路故障時，這些故障不會傳遞到系統(tǒng)的供電總線上。

負載調(diào)節(jié)
典型情況下，一個熱插拔冗余電源系統(tǒng)要給多個負載供電，供電系統(tǒng)要給一個或多個卡式機箱或機
架設(shè)備供電。有時電源供電的設(shè)備上帶有局部板上調(diào)節(jié)器，可以把來自冗余電源系統(tǒng)的總功率轉(zhuǎn)換成各個板卡所需要的電壓。有時，系統(tǒng)部件也能直接從供電總線上獲得電能。
----在任何一種情況下，都必須考慮到系統(tǒng)的功率分配網(wǎng)絡(luò)上電壓降低的問題。由于系統(tǒng)功率
分配網(wǎng)絡(luò)上越過調(diào)整點的電壓會漸漸下降，所以安裝電源模塊那些點的電壓必須得到補償。

散熱問題
設(shè)計者應(yīng)當(dāng)給熱插拔系統(tǒng)中的電源留有足夠的余量。如果供電電源的余量過小會導(dǎo)致電源結(jié)構(gòu)的復(fù)
雜和電源價格的提高。對于強迫空氣對流的電源，其典型功率密度的范圍是從3.5W/in3（對于低輸出電壓/高輸出電流和多個輸出端電源的條件）到6.5W/in3（對于高輸出電壓/單端輸出電源的條件）。
自然對流電源功率密度的范圍是1～3W/in3。
為了保證電源有足夠的散熱氣流，可以用以下經(jīng)驗公式近似估算（15℃的空氣溫升）。
cfm = 0.38[(POUT/h)-POUT]
式中：cfm = 氣流容量（立方英尺/分鐘）
POUT = 電源輸出功率（瓦特）
h = 電源效率（多輸出端的典型值是0.7，單輸出端為0.73）
在電源內(nèi)部裝風(fēng)扇時，設(shè)計者應(yīng)當(dāng)檢查電源的尺寸，選擇一種與它相匹配的風(fēng)扇（或多個風(fēng)扇）。
為了減少潛在的對氣流的限制，設(shè)計者還必須對經(jīng)過后面板及后面板周圍氣流的路徑加以注意。此外，如果系統(tǒng)給電源提供了散熱氣流，去掉一個電源就會增加氣流的并行路徑，這樣就使剩下電源周圍的空氣被分流。也可以用一些別的方法來防止形成開放的縫隙，以便保持通過電源的空氣流動（一種常用的方法就是在電源處使用盲板）。

安全機構(gòu)的問題
熱插拔電源模塊是由UL、TUV、CSA 和其它安全機構(gòu)認證的，此外還要符合通常的UL 1950 或類似
的標(biāo)準(zhǔn)。模塊的連接器必須經(jīng)過證明可以用于熱插拔。有些非認證連接器的銷售商也能提供經(jīng)批準(zhǔn)可用于熱插拔電源的元件。
雖然使用認證的連接器在某種程度上簡化了機構(gòu)批準(zhǔn)的過程，但如果符合以下條件，那些使用非
認證連接器的電源模塊也可以用于熱插拔電源。
該模塊必須最少經(jīng)過200 次插拔，在最壞的條件下，連接器的任何引腳不應(yīng)出現(xiàn)燒毀、凹陷或其
它明顯的質(zhì)量下降。
在插入時必須首先接地，拔出時最后斷開地線。一般說來，插頭引腳的長度是不一樣的。與下機殼
相連的接地引腳是最長的，接電源的引腳是中等長度的，如果電源模塊帶有遠程控制功能的話，執(zhí)行這些功能的引腳一般是最短的。這樣可以保證當(dāng)任何電流通過供電引腳的時候，插頭是完全插在插座中的，因此消除了由于電弧而使引腳損壞的可能性。

機械問題
在機械結(jié)構(gòu)方面，一般都把熱插拔電源作為工業(yè)設(shè)備來考慮，因此要求電源使用通常用于此類設(shè)備
的結(jié)實耐用的連接器。
由于在安裝模塊的時候，安裝者或野外工作的技術(shù)人員可能身體不能保持平衡，所以一般要求連接
器能夠盲插。由于安裝時不可能精確地對準(zhǔn)，也許要用單手操作，因此連接器或者電源上必須有足夠的導(dǎo)入結(jié)構(gòu)，以保證正確地配合。
在有些情況下，可能需要用鍵連接的方法來避免插入錯誤的模塊。在后面板上（或者在機架的適配
器中）應(yīng)當(dāng)配置適當(dāng)?shù)倪B接器，使任何電源系統(tǒng)的底座上都可以采用幾種不同的電源模塊。
模塊的把手或其它的插拔結(jié)構(gòu)必須牢固，使技術(shù)人員能施加足夠的插拔力。那些只能承受安裝者的
手指力量、而不是承受整個手臂力量的單薄、易損的把手不適于擔(dān)當(dāng)此任。有可能的情況下，使用標(biāo)準(zhǔn)的前面板是個好主意。