摘要：本文分析了常見的熱插拔行為，對產(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，供大家學習參考。

關(guān)鍵字：熱插拔、尖峰電壓、浪涌沖擊、電路保護

一、常見的熱插拔行為

熱拔插即帶電插拔，是日常生活和工業(yè)制造過程中比較常見的現(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)試過程中的帶電操作。

 面對不同的應用場景和零部件差異，產(chǎn)品或系統(tǒng)對熱拔插的接受度有比較大的差異，熱拔插可能會導致系統(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、應用的角度來說，熱拔插對產(chǎn)品有什么要求呢？

二、熱插拔對產(chǎn)品的考驗

01  熱插拔行為會產(chǎn)生什么樣的影響？

①尖峰電壓   

 插拔過程常會因為抖動或接觸不良導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，通常會產(chǎn)生一些電壓尖峰或振鈴現(xiàn)象。    

當波動的峰值電壓超出后端器件應力，則會造成器件不同程度的損壞。

②浪涌沖擊  

帶電工作時，儲能電容均被充滿，而插拔的零部件或單板系統(tǒng)電容內(nèi)還沒有電荷，當插拔件與主板接觸的瞬間，電容會快速從系統(tǒng)吸入大量電能，在供電回路上會形成比穩(wěn)態(tài)工作大數(shù)倍的浪涌電流，瞬態(tài)的浪涌沖擊輕者會導致系統(tǒng)重啟復位、電壓閃爍、通信異常等，嚴重的會燒壞元器件、導線、電路板等。③靜電問題    

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會與設(shè)備電荷發(fā)生重新分布的放電過程，由于熱拔插過程有一部分電路已經(jīng)是上電工作狀態(tài)，在ESD影響下，會更容易引發(fā)端口敏感器件的損壞，還會引發(fā)“閂鎖效應”之類的連環(huán)故障。

④干擾問題      

通訊設(shè)備插拔過程中，電容的充電狀態(tài)會有低阻抗的回路，產(chǎn)生的瞬態(tài)電流會干擾附件設(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)生的負面影響及產(chǎn)品設(shè)計防護     

對于不同的設(shè)計需求，方法往往是多樣的，下文提供一些常見的一些防護設(shè)計經(jīng)驗。

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TVS/齊納二極管做鉗位電壓，保證敏感部件的供電在應力承受的范圍內(nèi)。

②浪涌沖擊防護      

一般會從增加回路阻抗來抑制瞬態(tài)沖擊或者增加導通回路入手，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抑制浪涌的有效器件，由于浪涌沖擊的能量大、破壞強，對高等級的浪涌防護經(jīng)常會組合使用多種防護器件，利用多級防護達到有效的保護效果。

 對于一些特殊的應用場景，可以增加專門的熱拔插控制電路設(shè)計或者緩啟動設(shè)計，通過調(diào)節(jié)啟動的時間、順序來防止浪涌的沖擊；也可以結(jié)合物理架構(gòu)的設(shè)計，通過“交錯式引腳”，來達到調(diào)節(jié)啟動順序的目的。

③靜電影響防護      

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、氣體放電管等防護器件，可以達到一定的防護效果，必要的時候可以增加多級的濾波、箝壓設(shè)計，來達到更高的ESD防護效果。     

 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，來達到靜電防護抑制的效果。

④ 通訊干擾抑制      

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

03 如何避免熱拔插的負面影響    

首先從應用出發(fā)，如果應用現(xiàn)場沒有必要的熱拔插行為，應該明確禁止用戶端的熱拔插操作，并進行對應的警告提示、宣導培訓、防呆設(shè)計等。   

 對于必須熱拔插應用的現(xiàn)場，需要針對熱拔插的負面影響做專門的防護設(shè)計，第二章分享了部分經(jīng)驗。

三、小結(jié)

常見的開關(guān)電源、模塊電源除非特殊說明，一般都是不支持熱拔插行為的，在設(shè)計應用過程中，應盡量避免熱拔插行為。如果現(xiàn)場實際有熱拔插風險，應選用有專門熱拔插防護的產(chǎn)品或者沖擊耐受等級更高的產(chǎn)品。