熱插拔

熱插拔（hot-plugging或Hot Swap）即帶電插拔，熱插拔功能就是允許用户在不關閉系統，不切斷電源的情況下取出和更換損壞的硬盤、電源或板卡等部件，從而提高了系統對災難的及時恢復能力、擴展性和靈活性等，例如一些面向高端應用的磁盤鏡像系統都可以提供磁盤的熱插拔功能。具體用學術的説法就是：熱替換（Hot replacement）、熱添加（hot expansion）和熱升級（hot upgrade）。熱插拔技術是實現電源連續運行和不停機維護的關鍵技術。對電源設備關鍵部件進行冗餘備份，並在不中斷系統工作的條件下更換出故障的電源和對系統進行擴容，是提高電源系統可靠性最有效的方法，因此電源的熱插拔技術受到越來越多的關注。 ^[2] 

熱插拔功能在電源設計中是非常重要的。在採用故障容限電源架構的應用系統中，都要求帶有熱插拔功能以滿足零停機時間的要求。在熱插拔過程中，熱插拔功能要避免電壓、電流產生明顯波動。

熱插拔最早出現在服務器領域，是為了提高服務器易用性而提出的。在我們平時用的電腦中一般都有USB接口，這種接口就能夠實現熱插拔。如果沒有熱插拔功能，即使磁盤損壞不會造成數據的丟失，用户仍然需要暫時關閉系統，以便能夠對硬盤進行更換。

而使用熱插拔技術只要簡單的打開連接開關或者轉動手柄就可以直接取出硬盤，而系統仍然可以不間斷地正常運行。

根據熱插拔的定義，熱插拔應該包括電源熱插拔和信號熱插拔兩方面。

要實現電源熱插拔，就是要將電源母線上的瞬態浪湧電流控制在比較低的水平。當可更換電源模塊加入電源熱插拔設計時，電源母線上的瞬態浪湧電流被限制在一個較低的水平，同時也不會造成整個系統電壓下降，避免了熱插拔過程給電源系統帶來的危害，從而實現電源熱插拔的目的。

由此可見，電源熱插拔功能主要通過限流來實現。實現方法主要有兩種:一種是PTC電阻 (正温度係數熱敏電阻) 限流，PTC電阻依靠本身的電流發熱改變阻抗, 從而降低電流的幅度，其缺點是反應速度慢，而且長時間使用會影響使用壽命；另一種是MOS管通斷法，此方法反應速度快，使用壽命長。 ^[3] 

信號熱插拔的目的是將信號線與系統處理器進行適當“隔離”，並在模塊斷電之前終止一切通信。當電源模塊沒有加入信號熱插拔設計時，信號線上產生瞬變電壓，可能導致系統通信異常。當加入信號熱插拔設計後，瞬變電壓被限制在合理水平，並預先通知系統處理器終止通信任務，實現信號熱插拔。目前，信號熱插拔功能主要通過信號線串聯緩衝器來實現。

熱插拔過程如圖1所示，其中左邊代表系統及其供電，在供電的輸出端有一個電容，右側有兩張卡，這些卡的輸入端也有電容。把卡插入系統之前，輸入電容沒有被充電；當把卡插入系統時會有一個很大的瞬間電流向輸入電容充電，這麼大的瞬時電流很可能造成系統供電電壓不正常。

熱插拔的實現如圖1所示，是通過在供電與負載之間串聯一個MOS管和一個電流檢測電阻完成的。電流檢測電阻的目的是將流過MOS管的信號傳給控制線路，控制線路再根據電流設定和計時電路來控制MOS管的導通。

熱插拔過程一般分三個步驟：1．物理連接過程，分插入和拔出兩種情況；2、硬件連接過程，主要指的是系統相連的硬件層的電氣連接：3、軟件連接過程，主要指的是與系統相連的軟件層的連接。 ^[5] 

系統中加入熱插拔的好處包括：

早期的熱插拔技術實現路徑主要是是靠電容和電感，實現對沖擊的瞬間抑制，但是這種做法有可能導致電源受到巨大沖擊，然後系統有可能因此發生復位和重啓，後來依靠三極管技術和分立器技術，用新型的熱插拔芯片，逐漸實現了熱插拔技術電流控制目標。 ^[4] 

凌力爾特公司開發的LTC4218是一種專為卡件式電路設計的熱插拔控制器，其工作電壓範圍在2.9V到26.5V之間，控制器的內部有一個開關控制器可以對電源外部的N通道進行控制，允許電路板在帶電的時候進行拔出和插入。其標準配置有各種可控制閥門，專用12V版本, 包含了各種特殊設計，同時該控制器還可以調節電流和控制電壓, 電源具有良好的監視功能，該設計提供了精度為百分之五的電流折返功能，限制電流的時候採用了不同的電阻進行調整，同時還包含了可以參考電位的電流監視輸出器。 ^[4] 

卡式冗餘電源熱插拔

採用冗餘電源供電的卡式系統進行LTC4236作為控制芯片，它具有二極管通道，進行單通道控制，專門控制冗餘電源，或對電流進行控制，在冗餘電源管理的過程中，可以實現冗餘電源的安全插拔操作，其控制電源維持在9V到18V之間，在電流監視輸出器的控制下，可以在小於1微秒的時間內控制峯值的電流，具有可調節的摺疊功能, 從而實現了無震盪的平滑的切換功能，在該控制器發生故障之後, 還可以進行為人的卡鎖操作。在該控制器發生故障的情況下，其卡式操作具體作用如下，12伏電源為輸入的冗餘電源，在插卡槽裏面分別將電源的兩端設置在卡槽的倆擰斷，在控制器能夠對卡槽進行連接的情況下，分別有正電源和負電源接觸電路，才能方便電路正常工作，其兩個控制模塊都受到控制卡槽的控制，將冗餘的電源實現邏輯控制，在二極管之間實現接近於零的控制。

在電流超過限制的時候，控制器會進行關閉，在FB引腳的電位出現下降的時候，會和R6發生連接，引腳會發生高電位的電源故障控制，引腳芯片會發生控制開關，當電壓處於高位的時候，電源將打開至MOSET，其中幾個控制電源都會事先暫時關閉，然後電源芯片打開了電路，電源故障的時候會引致ON至小電源的電路，並關閉電源芯片。

卡式雙電源熱插拔

一些卡式系統因為同時具備不同電壓值的雙電源控制系統，這些系統當中的熱插拔電路可以採用凌力爾特公司的LTC4222，這是一種專用的控制器件，可以在2.9V和29V之間的範圍之內工作，在接口和監視功能之間進行選擇，通常熱插拔選用雙通道，在帶點的背板上面可以安全的運行兩路電源，通常熱插拔系統可以進行安全操作，利用外部的N通道和電路板上的電源電壓設計可以讓通道的頻率獲得上升，如果接口監視結果顯示是電流和電壓狀態的故障問題，則改元器件還有折返電路進行控制，遇到這種情況會出現電流的速率變化的軟起伏電路，在卡式電流設計之中採用該種元器件是較好的選擇。可以將12V和3.3V的電源分別設置在卡槽的不同端點，其中不同的位置設置不同的電壓保護控制設施，在9.9V的過壓引腳設置的時候，可以配置一個管腳電壓檢測引腳，當發生過電保護控制的時候還可能具有一些髮夾保護功能，例如故障中中斷主機等。

電池供電系統往往也要求各種部件進行熱插拔設計，電池供電系統所採用的控制其實凌力爾特公司開發的LTC4231，這一款控制器是微功率型的控制器，其工作範圍是2.7到36伏，可以在不斷電的要求下安全的插拔電路板，其設計的高壓一側的開關驅動可以控制外部的通道，背對外部通道的則是低壓控制電流版，該控制器還可以提供一種反跳延遲措施，並且當其發生速率斜坡上升的時候及時進行保護，該控制器還有一個反跳延遲功能，可以允許低速路的斜坡上升。

在靜態電流的環境，其操作期間的電流會降到4微安以下，在這種非常小的功率消耗之下，電池的供電設備可以進行及時使用，通過週期監視器可以對過壓情況進行監視，並將總的靜電流維持在低水平。如果SHDN出現拉低的情況，則會及時切斷控制器，此時的靜電流會降至1微安之下，該控制器在過流故障期間也會發生電流限制，電源可以在不斷電的情況下實現電路板的插拔操作。使用該電流控制系統可以進行完美的熱插拔操作。