Controllo Hot Swap e a diodo ideale per sistemi a elevata disponibilità

Per offrire modularità e funzionalità scalabili, sistemi quali server, computer industriali, unità di archiviazione di dati aziendali e router di rete sono dotati di slot per accettare più schede I/O e di elaborazione. Per assicurare disponibilità e uptime elevati, è necessaria la funzionalità di inserimento a caldo (hot-plug) per evitare di dover spegnere il sistema quando occorre inserire o rimuovere schede. Per migliorare ulteriormente l’affidabilità, si collegano in parallelo più moduli di alimentazione per garantire il funzionamento ininterrotto anche in caso di guasto a uno degli alimentatori. Il collegamento in parallelo degli alimentatori può essere realizzato impiegando diodi Schottky di potenza in una configurazione OR. Alcuni sistemi impiegano alimentatori identici con il circuito OR, mentre altri sono dotati di una batteria di riserva, un alimentatore di manutenzione ausiliario o un banco di condensatori; in questo secondo caso, il modulo di alimentazione di riserva è necessario solo quando l'alimentatore principale è assente. Inoltre, si impiegano diodi in combinazione con condensatori di hold-up sul lato di uscita per assicurare il funzionamento ininterrotto durante abbassamenti della tensione dell’alimentatore. A valori della corrente superiori ad alcuni ampere, i diodi Schottky dissipano una notevole potenza – circa 0,5W per ogni ampere che circola attraverso di essi – e causano una riduzione della tensione, una risorsa preziosa per alimentatori a 3,3V e 5V, quindi già a tensione bassa. Un diodo ideale, realizzato tramite un controller e un interruttore MOSFET a bassa resistenza, riduce la dissipazione di potenza e la caduta di tensione di un fattore pari a 10 o più, eliminando la necessità di dissipatori e mantenendo spazio sullo scheda. In molte configurazioni sono stati integrati controller a diodo ideale con controller Hot SwapTM per ottenere soluzioni compatte per i vari scenari di circuiti OR e hot-plug che si presentano con i sistemi a elevata disponibilità.

Configurazione OR sul modulo di alimentazione e Hot Swap sulla scheda di carico

Alcuni sistemi a elevata disponibilità combinano più moduli di alimentazione sul backplane e portano l’uscita di alimentazione a tutte le schede di carico del sistema (Figura 1a). Quando tali moduli sono collegati a un bus di alimentazione sotto tensione, sono necessari sia il controllo Hot Swap (indicato dall’interruttore nella figura) che il controllo a diodo. Per l’inserzione del primo modulo, il controller Hot Swap avvia gradualmente il bus di alimentazione, portando con regolarità i condensatori bulk a livelli di corrente sicuri. Per l’inserzione di un secondo modulo in un bus alimentato, il controllo a diodo ideale fa sì che non vi sia alimentazione in senso inverso se la tensione del modulo è minore di quella del bus. D’altro canto, il controllo Hot Swap assicura livelli sicuri della corrente di spunto se la tensione del secondo modulo è maggiore di quella del bus. Il controller Hot Swap inoltre fornisce un limite di corrente a intervento rapido che si aggiunge al limite di corrente proprio dell’alimentatore. Ciascuna delle schede di carico implementa la funzionalità hot-plug poiché il bus di alimentazione è comune a tutte le schede.

L’LTC4229 è un singolo controller Hot Swap e a diodo ideale, ad alimentatore singolo da 2,9V a 18V (Figura 1b), impiegabile in un modulo di alimentazione plug-in e illustrato nella Figura 1a. Grazie all’intervallo di funzionamento da 2,9V a 18V, accetta alimentatori da 3,3V oltre che da 5V e 12V. Controlla tutti i MOSFET a canale N per ridurre la tensione e la perdita di potenza dall’ingresso all’uscita, e a differenza di fusibili e diodi passivi, fornisce più uscite dello stato di alimentazione.

Controllo OR e Hot Swap sulla scheda di carico

La topologia illustrata nella Figura 1 riduce al minimo il costo poiché le schede di carico devono implementare solo il controllo Hot Swap. Lo svantaggio di questa configurazione [...]

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