热插拔,即带电插拔,主要发生在不关闭系统电源的情况下,将模块、板卡、部件插入(连接)或拔出(断开)系统来执行测试、故障排除或信号调整,而不影响系统的正常工作,从而提高了系统的可靠性、快速维修性、冗余性和对灾难的及时恢复能力等。其中一个常见例子就是数据中心的电源可能发生故障,因此需要在不关闭整个服务器网络的情况下维修或更换电源。可是,在仍然通电的情况下突然断开电路的连接,如果一不小心进行插入和拔出组件,或会影响系统的正常工作,甚至直接损坏系统。
热插拔的危害
對不支持热插拔的系統,如果本身設備可能存較高電位差,當進行热插拔,或會引發閂鎖效應。如果沒有採取即時的相應措施,這較高電位差將對設備上的芯片構成危害。另外,由於一部份電路是處於上電工作狀態,一旦热插拔時,或會使設備內穩定工作的板子也受靜電干擾。
還有,當單板插入設備時,由於單板上的電容並未充電,浪涌電流會將在短時間內從電源系統流入電容。這浪涌電瞬間下降時會拉低總線電平,引致系統錯誤復位、閂鎖效應,更嚴重會導致連接器和元器件燒掉。
除此之外,在热插拔过程中可能会发生两个问题 - 短路和电弧。
在热插拔時,组件和输入和输出引脚或會损坏。特別在连接电路板时,引脚以错误的顺序连接,會導致短路,或會直接损坏系统。
当连接器插入或拔出时或会产生电弧,并且在连接器的插针和电气有源组件之间会产生放电。这导致连接器壳体和端子的损坏,并在结构上削弱连接的完整性。需要考虑的是,电弧的大小和持续时间取决于設備系统提供的功率。具有较高电压和电流的系统所承受的电弧将大于具有较低电压和电流的系统,但这并不意味着在功率较低的系统中不会发生电弧,只是电弧不那么显着且损害较小。
热插拔连接器
为了确保带电拔插在不损坏设备的情况下安全地连接,连接器生产商设计了一些特制的热插拔连接器,如先通后断的连接器,以确保拔插之前已建立好接地和系统电源的连接。
先通后断的设计
該连接器产品是以先通后断设计的。先通后断连接器采用特定于应用的接地设计,允许在建立电源连接之前先建立接地连接,并在电源连接断开之前一直保持连接
以下是一些热插拔连接器例子:
泰科电子的滑轨电源连接器
在热插拔元器件替换时,使用TE的滑轨电源连接器能够让服务器在带电运行中实现电子元器件热插拔操作。该电源解决方案适合于电流高达75A的应用,无需在设备内布设体积庞大的电缆管理系统。由于电源和服务器直连,滑轨电源连接器还改善了电缆电压降。由于减少了电缆系统的使用,滑轨电源连接器使连接更可靠。
图1 滑轨电源连接器的视图号的应用 (例如热插拔),常见用在电源或信号连接之前确保建立接地路径。
FMLB 连接器是一款弹簧式产品,並加入了单排和双排先通后断的连接器。这连接器支持必须依次连接和断开电信号而不是一次连接/断开全部信
Amphenol的SAS 4.0 连接器
SAS 4.0连接器适合用于速度达到24Gb/s的新一代服务器。 29位的插座和插头连接器具有热插拔和盲插、连接器错位补偿和实现可靠SMT连接的PCB固定机构等特征。这种连接器符合SATA标准,满足垂直和直角配置需求,可用于服务器和存储设备、硬盘驱动器和硬盘驱动器托架。