熱插拔和ORing確保高可用性和高可靠性電信系統(tǒng)的不間斷運行

電信系統(tǒng)被歸類為高可用性系統(tǒng)，不應因服務或維修而斷電。這種系統(tǒng)只有在不關閉整個系統(tǒng)電源的情況下通過熱插拔卡進行維修時才能實現(xiàn)。電信系統(tǒng)也是一種高可靠性系統(tǒng)。它使用冗余電源來提高系統(tǒng)可靠性。本應用筆記介紹了一種高集成度熱插拔加ORing控制器，該控制器可以構建高可用性和高可靠性的電信系統(tǒng)。

電信系統(tǒng)是一種多卡應用，將基于微處理器的嵌入式卡插入背板。一旦啟動并運行，這些卡就不應該關閉電源進行維修或維修。這些插入式卡必須進行維修、升級、配置，有時甚至必須“動態(tài)”擴展，而不會干擾系統(tǒng)的其余部分。所有更新只能通過熱插拔卡來完成，而無需關閉整個系統(tǒng)的電源。這就是為什么電信系統(tǒng)被歸類為高可用性系統(tǒng)的原因，該系統(tǒng) 24/7 全天候運行。電信系統(tǒng)也是一種高可靠性系統(tǒng)，它使用冗余電源來確保此處所述的系統(tǒng)可靠性。

本文介紹了一種高集成度的熱插拔和 ORing 控制器，該控制器可保護電信系統(tǒng)免受電源故障的影響。使用此控制器，您可以確信您的系統(tǒng)保持高度可靠且始終可用。

了解熱插拔

在全面運行的電信系統(tǒng)中，插件卡上的所有大容量電容器和旁路電容器都充滿電。當另一張電容器未充電的卡插入帶電背板時，這些電容器充當短路并產生較大的充電電流。參見圖1。

圖1.電路板插入順序和上電時的浪涌電流。

當圖1中的卡#3插入系統(tǒng)時，一些浪涌充電電流來自系統(tǒng)中已經處于活動狀態(tài)的完全充電電容C1、C2和C3。其他充電電流來自前一級。根據系統(tǒng)的不同，這種不受控制的充電電流可以在很短的時間內達到數(shù)百安培的幅度。

這種浪涌充電電流會導致背板或電源出現(xiàn)電壓下降，進而無意中產生系統(tǒng)復位。這種不受限制的電流浪涌還可能對組件造成物理損壞，特別是旁路和大容量電容器、PCB 走線和背板連接器的損壞。

對于這種現(xiàn)象（即使是災難）的最佳補救措施是在將卡、電纜或其他物品插入或取出完全可操作的帶電系統(tǒng)時，使用熱插拔控制器來控制峰值浪涌電流。

冗余電源

高可用性電信系統(tǒng)使用冗余電源來增強系統(tǒng)可靠性。分立二極管通常用于在負載點組合這些電源。然而，這種方法有一個缺點：即使使用肖特基二極管，也會產生明顯的正向壓降和由此產生的功耗。這種壓降還降低了可用的電源電壓，這在輸入工作范圍的低端有時至關重要。為了應對這一過程，應改用具有“理想”二極管行為的電路，該電路可消除正向壓降并克服功耗和電壓損耗。

使用雙通道進行熱插拔和 ORing

該器件提供低壓降 ORing 開關控制器，可獨立控制雙通道背靠背 nMOSFET，以執(zhí)行電源 ORing 和熱插拔。MAX5944控制器集成4個MOSFET驅動器（GATE1_和GATE2_），用于控制外部n溝道功率MOSFET，執(zhí)行低壓降電源ORing（GATE1_）和熱插拔（GATE2_）。一個檢測電阻提供精確的電流檢測。GATE1_和GATE2_提供真正的負載斷開，以防止電流從IN_和OUT_之間的任一方向流動。

實現(xiàn)熱插拔功能
開關控制器（MAX5944）通過始終監(jiān)測RSENSE兩端的電壓來限制浪涌電流（圖2），并在必要時調節(jié)浪涌電流以保持V是至其限流閾值電壓（V千).

圖2.MAX5944 ORing開關控制器通過始終監(jiān)測RSENSE兩端的電壓來限制浪涌電流。

通過在 IN_ 和 SENSE_ 之間放置適當?shù)臋z測電阻來設置最大電流限制 （ILIMIT），其中 ILIMIT_ = V千/RSENSE_.當負載電流小于 ILIMIT 時，GATE2_上升至 VG2 （5.5V） 以完全增強 MOSFET Q2。當負載試圖消耗比ILIMIT更多的電流時，MAX5944的GATE2_下拉電流（IG2D）調節(jié)通過Q2_的電流。此操作會導致OUT_充當恒流源。輸出電流限制為 ILIMIT。

圖3顯示了插入未充電卡時的負載電壓（Ch1）、功率MOSFET柵極電壓GATE2_（Ch2）和浪涌電流（Ch4）。在這種情況下，負載電流為2A;負載電容器為 220μF。

圖3.插入未充電卡時，您會看到負載電壓 （通道1）、功率 MOSFET 柵極電壓 GATE2_ （通道2） 和浪涌電流 （通道4）。

實現(xiàn)ORing功能
分別連接INA和INB的常規(guī)電源和冗余電源。當主電源發(fā)生故障時，MAX5944開關控制器自動平穩(wěn)地啟動冗余電源。GATE1_控制 ORing 函數(shù)。最初，GATE1_關斷，負載電流通過Q1_體二極管傳導（圖 2）。但現(xiàn)在GATE1_上升到比SENSE_高5.5V，當V時是超過5mV VOR門限，從而提高Q1_。

圖 4 顯示了冗余電源啟動時發(fā)生的情況。負載電壓為通道1，GATE1_A為通道2。 電源 A 連接到 INA;電源 B 連接到 INB。在正常情況下，INA（V伊納） 高于 INB 處的電壓 （V國際投資銀行).因此，電源 A 用作常規(guī)電源，電源 B 用作冗余電源。當常規(guī)電源（INA）出現(xiàn)故障時，則V伊納滴和V是低于 ORing 閾值。MAX5944立即關斷Q1A，阻斷從負載流向OUTA和INA的反向電流。然后將電源從冗余電源 （INB） 路由到 OUTB，然后路由到負載。

圖4.當 V伊納壓降時，MAX5944啟動冗余電源INB，確保電信系統(tǒng)電源不中斷。

結論

熱插拔是確保高可用性和高可靠性多卡電信系統(tǒng)不間斷運行的重要且非常必要的功能。在此應用中，具有ORing功能的冗余電源提供了必要的系統(tǒng)穩(wěn)定性。MAX5944 ORing開關控制器為必要的熱插拔和ORing操作提供高集成度方案。

審核編輯：郭婷