设计要求:
模块 | 热插拔电阻 | 输出电容 | 热插拔时间常数 | 长短针差距 | 插入速度 | 热插拔时间 | 热插拔时间除以时间常数 | 热插拔完成时,电容充电比例 | 热插拔完成时,两端电容电压差(最高输出电压时) |
3KW模块1 | 1.6欧 | 1880uF | 3.008ms | 3.46mm | 1m/s | 3.46ms | 1.15 | 68.3% | 18.386V(58V) |
300KW模块2 | 1.35欧 | 1880uF | 2.538ms | 3.46mm | 1m/s | 3.46ms | 1.363 | 77.4% | 13.108V(58V) |
240V15KW模块 | 117欧 | 1900uF | 222.3ms | 4.4mm | // | 1s | 4.498 | 98.8% | 3.48V(290V) |
华为336 | 40欧 | 880uF | 35.2ms | 10.6mm | // | 1s | 94.34 | 100% | 0 |
240V25KW模块的热插拔最短时间为1s,输出电容为2420uF。根据上述要求,则热插拔电阻的阻值不能大于82.625欧。
另外,由于在热插拔完成时,两个模块之间的输出电压基本相等,则输出电容充电的能量,基本等于热插拔电阻消耗的能量。则热插拔电阻在1s时间内,消耗的平均功率为:
1/2*C*U^2/1s = 101.761W
所选电阻的最大瞬态功率,要求不能低于290^2/82.625=1018W
另外,热插拔时存在的另外一个问题是模块误报过流的问题。
在热插拔电阻为5欧时,
图中,Vout为系统上的电压,isense为流过热插拔电阻的电流,i(LI6)为原边谐振电感上的电流。
此时,模块正常运行时,原边最大电流为124.42A,热插拔时原边最大电流为189.11A,为正常运行时电流为1.52倍。
热插拔电阻为7欧时:
热插拔时的原边最大电流为168.39A,为正常运行时的1.35倍。在此种情况下,原边电流比较安全,热插拔时模块不会出现OCP的情况。
因此,热插拔电阻初步选型的要求如下:
总阻值范围为:7欧-82.625欧之间
1s内的总平均功率不得低于:101.761W
总的瞬态功率不得低于1018W,瞬态功率最大值取决于所选电阻的阻值。
因此,初步选型为:1个39欧/5W的绕线电阻。
热插拔电路详细设计下面对热插拔电阻整个热插拔过程中的瞬态功率进行仿真。由于整个热插拔过程中,输出电压跌幅不大,可建模如下,采用定步长0.01us进行仿真。
对仿真结果在EXCEL表里面进行处理,如下:
描述 | 单价 | 用量 | |
热插拔电阻 | 线绕电阻器-5W-39Ω-±5%-paint-Axial 小型化 | 1.538 | 2PCS |
二极管 | 整流二极管/600V/3A/267-03- | 0.22 | 2PCS |
采用水泥电阻做热插拔的选型
华为模块采用的是水泥电阻来做热插拔,采用的电阻型号是:RX911-1-5W20ΩJ,单价0.85元。我司有一个类似的水泥电阻,为RX911N-5W-20欧-±5%,单价为0.344元。相对于上面的绕线电阻器,有成本优势。
厂家提供了RX911-1-5W20ΩJ的瞬态功率曲线,如下:
仿真参数设置如下:
电阻 | 输出电压 | 输出电容 | |
方案1 | RX911-1-5W20ΩJ,2串,共40欧 | 400V | 880uF |
方案2 | RX911-1-5W20ΩJ,3串,共60欧 | 290V | 2420uF |
方案3 | RX911-1-5W20ΩJ,2串,共40欧 | 290V | 2420uF |
描述 | 单价 | 用量 | |
热插拔电阻 | RX911-1-5W-20欧 | 0.85 | 3PCS |
二极管 | 整流二极管/600V/3A/267-03- | 0.22 | 2PCS |
总成本需2.99元。
采用我司有编码的料RX911N-5W-20欧-±5%,其瞬态功率曲线如下:
仿真结果如下:
需要RX911-N-5W-20欧 4PCS串联。
则热插拔电路的初步选型如下:
描述 | 单价 | 用量 | |
热插拔电阻 | 线绕电阻器-5W-20Ω±5%-13*9*25.5-5-无感水泥电阻,立式安装- | 0.344 | 4PCS |
二极管 | 整流二极管/600V/3A/267-03- | 0.22 | 2PCS |
25k放电电路,也是使用热插拔电阻进行放电。假设从热插拔开始后1s,将模块拔出,该电阻的瞬态功率曲线如下:
电阻的瞬态功率超标。
从热插拔开始后1.3s,将模块拔出,该电阻的瞬态功率曲线如下:
因此,为满足热插拔电阻的瞬态功率要求,在模块热插拔针开始接触后,最少需要过1.3秒,才能将模块拔出。
结论