有關熱插拔電源的各種問題
2005/11/14 15:10:29 電源在線網
熱插拔表示一個系統在輸入端、輸出端和信號總線都處于工作狀態的情況下，安裝或拆卸電源模塊的能力。熱插拔冗余電源系統增加了系統的容錯程度，這對于要求緊急停機的系統格外需要。
為了實現一個熱插拔電源系統，設計者應當深入了解一些電氣方面的有關問題，比如冗余技術和電流共享，并且他還應當對散熱、安全性和機械方面的問題加以注意。
電源系統的冗余通常用n + x的方法來描述，這里的n代表在滿足系統最大供電要求時所需要的電源模塊數量，x表示所安裝附加電源模塊的數量。所以，一個n + 1的系統就表示系統有比能提供最大負載電流條件下所需最少的電源模塊數還多1個的電源模塊。
正如其它冗余電源系統一樣，在熱插拔系統中加上更多的電源模塊可以增加冗余度，所以，如果在一個系統中安裝了比能支持最大系統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全部正常工作。
電流共享
雖然在熱插拔系統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點。在一個電流共享系統中，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）表明在兩個并聯的模塊之間是怎樣共享負載電流的。如果2個并聯組件的輸出電壓設置成相近的數值，總的負載電流將平均地分配在兩個模塊上。不過，任何電壓設置的偏差都會改變并聯模塊之間負載電流的平衡狀態。
而且，冗余電源系統如果以電流共享方式工作，它的暫態響應也比冗余模塊以空載或備用方式工作的電源系統好。這是因為負載的暫態電流分配到了并聯模塊上，而不是在一個模塊上呈現出峰值。
一個熱插拔容錯電源系統必須不僅能提供冗余，并且還應當能夠承受單點故障。在冗余電源系統中，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，當任何一個模塊出現欠壓或短路故障時，這些故障不會傳遞到系統的供電總線上。
負載調節
典型情況下，一個熱插拔冗余電源系統要給多個負載供電，供電系統要給一個或多個卡式機箱或機架設備供電。有時電源供電的設備上帶有局部板上調節器，可以把來自冗余電源系統的總功率轉換成各個板卡所需要的電壓。有時，系統部件也能直接從供電總線上獲得電能。
----在任何一種情況下，都必須考慮到系統的功率分配網絡上電壓降低的問題。由于系統功率分配網絡上越過調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
設計者應當給熱插拔系統中的電源留有足夠的余量。如果供電電源的余量過小會導致電源結構的復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）
在電源內部裝風扇時，設計者應當檢查電源的尺寸，選擇一種與它相匹配的風扇（或多個風扇）。為了減少潛在的對氣流的限制，設計者還必須對經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）。
安全機構的問題
熱插拔電源模塊是由UL、TUV、CSA和其它安全機構認證的，此外還要符合通常的UL 1950或類似的標準。模塊的連接器必須經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批準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批準的過程，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。
該模塊必須最少經過200次插拔，在最壞的條件下，連接器的任何引腳不應出現燒毀、凹陷或其它明顯的質量下降。
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，執行這些功能的引腳一般是最短的。這樣可以保證當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
在機械結構方面，一般都把熱插拔電源作為工業設備來考慮，因此要求電源使用通常用于此類設備的結實耐用的連接器。
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，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入結構，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）應當配置適當的連接器，使任何電源系統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構必須牢固，使技術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當此任。有可能的情況下，使用標準的前面板是個好主意。
為了實現一個熱插拔電源系統，設計者應當深入了解一些電氣方面的有關問題，比如冗余技術和電流共享，并且他還應當對散熱、安全性和機械方面的問題加以注意。
電源系統的冗余通常用n + x的方法來描述，這里的n代表在滿足系統最大供電要求時所需要的電源模塊數量，x表示所安裝附加電源模塊的數量。所以，一個n + 1的系統就表示系統有比能提供最大負載電流條件下所需最少的電源模塊數還多1個的電源模塊。
正如其它冗余電源系統一樣，在熱插拔系統中加上更多的電源模塊可以增加冗余度，所以，如果在一個系統中安裝了比能支持最大系統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全部正常工作。
電流共享
雖然在熱插拔系統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點。在一個電流共享系統中，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）表明在兩個并聯的模塊之間是怎樣共享負載電流的。如果2個并聯組件的輸出電壓設置成相近的數值，總的負載電流將平均地分配在兩個模塊上。不過，任何電壓設置的偏差都會改變并聯模塊之間負載電流的平衡狀態。
而且，冗余電源系統如果以電流共享方式工作，它的暫態響應也比冗余模塊以空載或備用方式工作的電源系統好。這是因為負載的暫態電流分配到了并聯模塊上，而不是在一個模塊上呈現出峰值。
一個熱插拔容錯電源系統必須不僅能提供冗余，并且還應當能夠承受單點故障。在冗余電源系統中，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，當任何一個模塊出現欠壓或短路故障時，這些故障不會傳遞到系統的供電總線上。
負載調節
典型情況下，一個熱插拔冗余電源系統要給多個負載供電，供電系統要給一個或多個卡式機箱或機架設備供電。有時電源供電的設備上帶有局部板上調節器，可以把來自冗余電源系統的總功率轉換成各個板卡所需要的電壓。有時，系統部件也能直接從供電總線上獲得電能。
----在任何一種情況下，都必須考慮到系統的功率分配網絡上電壓降低的問題。由于系統功率分配網絡上越過調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
設計者應當給熱插拔系統中的電源留有足夠的余量。如果供電電源的余量過小會導致電源結構的復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）
在電源內部裝風扇時，設計者應當檢查電源的尺寸，選擇一種與它相匹配的風扇（或多個風扇）。為了減少潛在的對氣流的限制，設計者還必須對經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）。
安全機構的問題
熱插拔電源模塊是由UL、TUV、CSA和其它安全機構認證的，此外還要符合通常的UL 1950或類似的標準。模塊的連接器必須經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批準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批準的過程，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。
該模塊必須最少經過200次插拔，在最壞的條件下，連接器的任何引腳不應出現燒毀、凹陷或其它明顯的質量下降。
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，執行這些功能的引腳一般是最短的。這樣可以保證當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
在機械結構方面，一般都把熱插拔電源作為工業設備來考慮，因此要求電源使用通常用于此類設備的結實耐用的連接器。
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，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入結構，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）應當配置適當的連接器，使任何電源系統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構必須牢固，使技術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當此任。有可能的情況下，使用標準的前面板是個好主意。
聲明：本信息內容的真實性未經電源在線網證實，僅供參考。
