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

 

熱re插cha拔ba解jie決jue方fang案an可ke以yi很hen好hao地di控kong製zhi板ban卡ka的de上shang電dian時shi序xu和he管guan理li係xi統tong的de響xiang應ying。當dang板ban卡ka插cha入ru連lian接jie器qi後hou
，板ban卡ka與yu係xi統tong正zheng確que配pei對dui需xu要yao幾ji毫hao秒miao的de時shi間jian。當dang板ban卡ka插cha入ru後hou，卡ka上shang電dian容rong開kai始shi充chong電dian, 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)。 

 

yinweihennantongguoyouxiandedianyuanshejizhuanyezhishilaikuaisujiejueshangshuquedian
，yinci，yuelaiyuexuyaokaifachukekaoderechabajiejuefangan。lixiangderechabajiejuefanganyinggaijubeixiaofengzhuang
、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。

 

 

推薦閱讀：