摘要：本文分析了常見(jiàn)的熱插拔行為，對(duì)產(chǎn)品的影響及解決方法，從而保證日常電源的使用中的供電穩(wěn)定和用電安全，供大家學(xué)習(xí)參考。

關(guān)鍵字：熱插拔、尖峰電壓、浪涌沖擊、電路保護(hù)

一、常見(jiàn)的熱插拔行為

熱拔插即帶電插拔，是日常生活和工業(yè)制造過(guò)程中比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，如帶電拔插一些“USB、適配器、板卡”等，以及部分工程師在產(chǎn)品調(diào)試過(guò)程中的帶電操作。

 面對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和零部件差異，產(chǎn)品或系統(tǒng)對(duì)熱拔插的接受度有比較大的差異，熱拔插可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的重啟、故障，甚至損壞一些敏感的零部件。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，熱拔插對(duì)產(chǎn)品有什么要求呢？

二、熱插拔對(duì)產(chǎn)品的考驗(yàn)

01  熱插拔行為會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？

①尖峰電壓   

 插拔過(guò)程常會(huì)因?yàn)槎秳?dòng)或接觸不良導(dǎo)致輸入電壓供電不穩(wěn)定，再配合后端線纜或系統(tǒng)間的等效阻抗、感抗情況，通常會(huì)產(chǎn)生一些電壓尖峰或振鈴現(xiàn)象。    

當(dāng)波動(dòng)的峰值電壓超出后端器件應(yīng)力，則會(huì)造成器件不同程度的損壞。

②浪涌沖擊  

帶電工作時(shí)，儲(chǔ)能電容均被充滿，而插拔的零部件或單板系統(tǒng)電容內(nèi)還沒(méi)有電荷，當(dāng)插拔件與主板接觸的瞬間，電容會(huì)快速?gòu)南到y(tǒng)吸入大量電能，在供電回路上會(huì)形成比穩(wěn)態(tài)工作大數(shù)倍的浪涌電流，瞬態(tài)的浪涌沖擊輕者會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)重啟復(fù)位、電壓閃爍、通信異常等，嚴(yán)重的會(huì)燒壞元器件、導(dǎo)線、電路板等。③靜電問(wèn)題    

人體本身就是帶靜電的，尤其是干燥的冬天，所以在插拔的瞬間人體電荷機(jī)會(huì)與設(shè)備電荷發(fā)生重新分布的放電過(guò)程，由于熱拔插過(guò)程有一部分電路已經(jīng)是上電工作狀態(tài)，在ESD影響下，會(huì)更容易引發(fā)端口敏感器件的損壞，還會(huì)引發(fā)“閂鎖效應(yīng)”之類的連環(huán)故障。

④干擾問(wèn)題      

通訊設(shè)備插拔過(guò)程中，電容的充電狀態(tài)會(huì)有低阻抗的回路，產(chǎn)生的瞬態(tài)電流會(huì)干擾附件設(shè)備通信、拉低總線電平，影響設(shè)備間或系統(tǒng)內(nèi)的通信情況。

02 熱拔插產(chǎn)生的負(fù)面影響及產(chǎn)品設(shè)計(jì)防護(hù)     

對(duì)于不同的設(shè)計(jì)需求，方法往往是多樣的，下文提供一些常見(jiàn)的一些防護(hù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

①尖峰電壓抑制     

一般可以用RC網(wǎng)絡(luò)吸收緩沖或匹配設(shè)計(jì)TVS/齊納二極管做鉗位電壓，保證敏感部件的供電在應(yīng)力承受的范圍內(nèi)。

②浪涌沖擊防護(hù)      

一般會(huì)從增加回路阻抗來(lái)抑制瞬態(tài)沖擊或者增加導(dǎo)通回路入手，防止沖擊電流直接破壞系統(tǒng)。     

熱敏、壓敏、氣體放電管都是常見(jiàn)抑制浪涌的有效器件，由于浪涌沖擊的能量大、破壞強(qiáng)，對(duì)高等級(jí)的浪涌防護(hù)經(jīng)常會(huì)組合使用多種防護(hù)器件，利用多級(jí)防護(hù)達(dá)到有效的保護(hù)效果。

 對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)景，可以增加專門(mén)的熱拔插控制電路設(shè)計(jì)或者緩啟動(dòng)設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)節(jié)啟動(dòng)的時(shí)間、順序來(lái)防止浪涌的沖擊；也可以結(jié)合物理架構(gòu)的設(shè)計(jì)，通過(guò)“交錯(cuò)式引腳”，來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)啟動(dòng)順序的目的。

③靜電影響防護(hù)      

一般可以在敏感器件端口并聯(lián)ESD電容、TVS/齊納二極管、壓敏、氣體放電管等防護(hù)器件，可以達(dá)到一定的防護(hù)效果，必要的時(shí)候可以增加多級(jí)的濾波、箝壓設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到更高的ESD防護(hù)效果。     

 也可以在物理上，增加放電距離或者增加放電回路介質(zhì)的阻抗，來(lái)達(dá)到靜電防護(hù)抑制的效果。

④ 通訊干擾抑制      

一般是通過(guò)限制浪涌電流、泄放ESD能量、增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上下電設(shè)計(jì)多種措施達(dá)到保證通訊正常的效果。

03 如何避免熱拔插的負(fù)面影響    

首先從應(yīng)用出發(fā)，如果應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有必要的熱拔插行為，應(yīng)該明確禁止用戶端的熱拔插操作，并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的警告提示、宣導(dǎo)培訓(xùn)、防呆設(shè)計(jì)等。   

 對(duì)于必須熱拔插應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)，需要針對(duì)熱拔插的負(fù)面影響做專門(mén)的防護(hù)設(shè)計(jì)，第二章分享了部分經(jīng)驗(yàn)。

三、小結(jié)

常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源、模塊電源除非特殊說(shuō)明，一般都是不支持熱拔插行為的，在設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)盡量避免熱拔插行為。如果現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際有熱拔插風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)選用有專門(mén)熱拔插防護(hù)的產(chǎn)品或者沖擊耐受等級(jí)更高的產(chǎn)品。