有关热插拔电源的各种问题

有关热插拔电源的各种问题

热插拔表示一个系统在输入端、输出端和信号总线都处于工作状态的情况下，安装或拆卸电源模
块的能力。热插拔冗余电源系统增加了系统的容错程度，这对于要求紧急停机的系统格外需要。
为了实现一个热插拔电源系统，设计者应当深入了解一些电气方面的有关问题，比如冗余技术和电
流共享，并且他还应当对散热、安全性和机械方面的问题加以注意。
电源系统的冗余通常用n + x 的方法来描述，这里的n 代表在满足系统最大供电要求时所需要的电
源模块数量，x 表示所安装附加电源模块的数量。所以，一个n + 1 的系统就表示系统有比能提供最大负载电流条件下所需最少的电源模块数还多1 个的电源模块。
正如其它冗余电源系统一样，在热插拔系统中加上更多的电源模块可以增加冗余度，所以，如果在
一个系统中安装了比能支持最大系统负载所需要的最少模块还多x 个的电源模块，就能够在有x 个模块失效的情况下仍保证维持系统全部正常工作。

电流共享
虽然在热插拔系统中并不绝对要求有电流共享，但电流共享除了能提供冗余度外还有可减少操作的
优点。在一个电流共享系统中，每个模块所需要的电流与冗余度成比例的下降。
电流共享下降法（见图）表明在两个并联的模块之间是怎样共享负载电流的。如果2 个并联组件的
输出电压设置成相近的数值，总的负载电流将平均地分配在两个模块上。不过，任何电压设置的偏差都会改变并联模块之间负载电流的平衡状态。
而且，冗余电源系统如果以电流共享方式工作，它的暂态响应也比冗余模块以空载或备用方式工作
的电源系统好。这是因为负载的暂态电流分配到了并联模块上，而不是在一个模块上呈现出峰值。
一个热插拔容错电源系统必须不仅能提供冗余，并且还应当能够承受单点故障。在冗余电源系统中，
降低单点故障可能性的典型方法是使用隔离二极管（或O 形环路）。使用这种方法时，要在每个电源模块与电源分配总线之间安装功率二极管，这样，当任何一个模块出现欠压或短路故障时，这些故障不会传递到系统的供电总线上。

负载调节
典型情况下，一个热插拔冗余电源系统要给多个负载供电，供电系统要给一个或多个卡式机箱或机
架设备供电。有时电源供电的设备上带有局部板上调节器，可以把来自冗余电源系统的总功率转换成各个板卡所需要的电压。有时，系统部件也能直接从供电总线上获得电能。
----在任何一种情况下，都必须考虑到系统的功率分配网络上电压降低的问题。由于系统功率
分配网络上越过调整点的电压会渐渐下降，所以安装电源模块那些点的电压必须得到补偿。

散热问题
设计者应当给热插拔系统中的电源留有足够的余量。如果供电电源的余量过小会导致电源结构的复
杂和电源价格的提高。对于强迫空气对流的电源，其典型功率密度的范围是从3.5W/in3（对于低输出电压/高输出电流和多个输出端电源的条件）到6.5W/in3（对于高输出电压/单端输出电源的条件）。
自然对流电源功率密度的范围是1～3W/in3。
为了保证电源有足够的散热气流，可以用以下经验公式近似估算（15℃的空气温升）。
cfm = 0.38[(POUT/h)-POUT]
式中：cfm = 气流容量（立方英尺/分钟）
POUT = 电源输出功率（瓦特）
h = 电源效率（多输出端的典型值是0.7，单输出端为0.73）
在电源内部装风扇时，设计者应当检查电源的尺寸，选择一种与它相匹配的风扇（或多个风扇）。
为了减少潜在的对气流的限制，设计者还必须对经过后面板及后面板周围气流的路径加以注意。此外，如果系统给电源提供了散热气流，去掉一个电源就会增加气流的并行路径，这样就使剩下电源周围的空气被分流。也可以用一些别的方法来防止形成开放的缝隙，以便保持通过电源的空气流动（一种常用的方法就是在电源处使用盲板）。

安全机构的问题
热插拔电源模块是由UL、TUV、CSA 和其它安全机构认证的，此外还要符合通常的UL 1950 或类似
的标准。模块的连接器必须经过证明可以用于热插拔。有些非认证连接器的销售商也能提供经批准可用于热插拔电源的元件。
虽然使用认证的连接器在某种程度上简化了机构批准的过程，但如果符合以下条件，那些使用非
认证连接器的电源模块也可以用于热插拔电源。
该模块必须最少经过200 次插拔，在最坏的条件下，连接器的任何引脚不应出现烧毁、凹陷或其
它明显的质量下降。
在插入时必须首先接地，拔出时最后断开地线。一般说来，插头引脚的长度是不一样的。与下机壳
相连的接地引脚是最长的，接电源的引脚是中等长度的，如果电源模块带有远程控制功能的话，执行这些功能的引脚一般是最短的。这样可以保证当任何电流通过供电引脚的时候，插头是完全插在插座中的，因此消除了由于电弧而使引脚损坏的可能性。

机械问题
在机械结构方面，一般都把热插拔电源作为工业设备来考虑，因此要求电源使用通常用于此类设备
的结实耐用的连接器。
由于在安装模块的时候，安装者或野外工作的技术人员可能身体不能保持平衡，所以一般要求连接
器能够盲插。由于安装时不可能精确地对准，也许要用单手操作，因此连接器或者电源上必须有足够的导入结构，以保证正确地配合。
在有些情况下，可能需要用键连接的方法来避免插入错误的模块。在后面板上（或者在机架的适配
器中）应当配置适当的连接器，使任何电源系统的底座上都可以采用几种不同的电源模块。
模块的把手或其它的插拔结构必须牢固，使技术人员能施加足够的插拔力。那些只能承受安装者的
手指力量、而不是承受整个手臂力量的单薄、易损的把手不适于担当此任。有可能的情况下，使用标准的前面板是个好主意。