Couverture ElectroniqueS n°127

Les contrôleurs pour la connexion à chaud des rails d'alimentation sont quasiment indispensables pour garantir le bon déroulement d'un échange de cartes sur fond de panier. Linear Technology présente l'évolution de ses solutions intégrées qui permettent désormais une supervision accrue de l'alimentation. Les systèmes à haute disponibilité sont définis pour opérer de manière continue, sans aucune interruption de service. Cela suppose naturellement en premier lieu une fiabilité maximale et une tolérance aux pannes. Dans des installations comportant un grand nombre de cartes par châssis, il faut de plus être en mesure d'en ajouter de nouvelles et de remplacer les cartes obsolètes ou endommagées sans interrompre l'alimentation de l'ensemble. Cependant, le retrait et l'insertion de ces cartes « à chaud », c'est-à-dire sur un connecteur alimenté d'un fond de panier en activité, sont propices à de nombreux aléas. Les fonds de panier présentent en effet une inductance significative entre le connecteur de carte et la capacité de sortie de l'alimentation. Déconnecter une carte qui est toujours en train de tirer un courant de charge peut donc provoquer oscillations et pics de haute tension tout au long du fond de panier, ce qui ne manquera pas de perturber voire endommager les cartes voisines. Dans les applications de tension relativement élevée mettant en &oelig;uvre un système de distribution à 48 V, le retrait d'une carte peut provoquer un arc électrique susceptible de dégrader le connecteur. Par ailleurs, lorsqu'une nouvelle carte est insérée et que le rail d'alimentation est appairé en premier, un fort courant de fond de panier, virtuellement illimité, charge la capacité d'entrée de la carte. Ce transitoire doit être supporté par l'alimentation, ce qui a un coût. Un certain nombre de circuits dits « hot swap » ont été introduits au fil des dernières années pour autoriser l'échange de cartes à chaud en toute sécurité. L'ère du contrôle numérique Dans les applications ne pouvant souffrir d'une interruption de service, la supervision du système est de toute première importance. Tout d'abord parce qu'il est possible de déceler une tendance vers un comportement anormal au fil du temps, ce qui permet d'anticiper une défaillance. Ensuite, parce qu'il devient courant aujourd'hui pour les systèmes de répartir la puissance entre différentes cartes de manière dynamique dans une optique de gestion des ressources, permettant par la même occasion d'économiser sur la capacité maximale de l'alimentation. La supervision de l'alimentation assure que la carte reste dans la limite de dissipation qui lui est allouée. Placé au niveau du connecteur d'alimentation, le circuit de contrôle de connexion à chaud est naturellement bien situé pour surveiller la puissance délivrée à la carte. La dernière génération de contrôleurs hot swap tels que les LTC4260 et LTC4261 simplifie cette tâche. En plus des fonctions de base de limitation de courant présentées plus haut, le LTC4261 intègre un convertisseur analogique-numérique 10 bits, un multiplexeur, un préamplificateur et une interface numérique qui autorise un niveau de contrôle fortement accru (figure 3). Ce composant mesure la tension d'entrée ainsi que la tension aux bornes de la résistance de mesure du courant et est ainsi à même de déterminer la puissance fournie à la carte et surtout de renseigner sur son évolution. De plus, il est possible d'utiliser d'autres entrées libres du convertisseur pour d'autres mesures telles que la tension aux bornes du Mosfet ou le statut d'un fusible d'entrée. L'ajout d'une interface numérique offre des fonctionnalités allant bien au-delà de la simple supervision de puissance. Il est possible d'envoyer des instructions au composant pour contrôler la puissance et le configurer, et reporter des dysfonctionnements variés. Par exemple, le Mosfet peut être bloqué du fait d'un problème de tension insuffisante sur le fond de panier, ce qui suscite l'activation d'un drapeau dans un registre pouvant être lu a posteriori. Il est également possible de générer une alerte qui va tirer une ligne d'interruption à l'état bas à destination du contrôleur système. On peut de plus décider au préalable du comportement à tenir pour chaque type de problème : déconnexion permanente ou tentative de remise en route automatique. Cela est particulièrement utile dans les systèmes éloignés, lorsqu'une intervention rapide est impossible : la carte doit pouvoir se remettre en route lorsque la surcharge d'alimentation a disparu et que le système est apte à fonctionner normalement. Toutes ces informations sont accessibles de deux manières. Tout d'abord par l'intermédiaire du bus I2C permettant de lire et écrire les registres du composant. Dans les systèmes -48 V, cela revient souvent à transmettre les données via une barrière d'isolation vers le maître I2C. Le LTC4261 sépare les broches d'émission et de réception (SDAO et SDAI) pour simplifier la mise en &oelig;uvre de cette isolation. L'autre moyen d'accéder à ces informations de manière simplifiée, donc économique, consiste à tirer parti du système de diffusion monofil. Dans ce cas, une seule broche de sortie transmet via un opto-isolateur un flux de données répété en continu qui divulgue le contenu des registres et les mesures de tension et de courant. Par rapport au circuit de génération précédente, on note la possibilité de sélectionner deux seuils de tension bas afin de distinguer une valeur pour laquelle la carte peut être mise en route (par exemple -43 V) d'une autre valeur seuil de mise hors circuit (à -38 V par exemple). L'entrée de surtension OV est, elle, naturellement destinée à la coupure du circuit en cas de tension excessive. Le LT C4261 simplifie ainsi le démarrage le plus correct de la charge. Il génère de manière retardée les signaux témoins d'alimentation, permettant de séquencer le démarrage des charges une fois que le Mosfet a établi la tension de fonctionnement. Un compteur est alors activé en attendant une réponse du moniteur système l'informant d'un bon fonctionnement. En l'absence de cette confirmation, l'alimentation sera interrompue. En plus de ces nouveaux moyens de supervision, des améliorations ont été faites sur le contrôle de base du courant d'appel à la mise en route. Dans certaines applications où l'inductance de fond de panier est élevée, il faut non seulement limiter le courant d'appel, mais surtout surveiller son taux de montée dI/dt afin de minimiser les perturbations. Le circuit limiteur intègre donc une fonction de démarrage souple contrôlant cette montée de courant à l'aide du condensateur externe CSS. De plus, le circuit utilise des valeurs seuils distinctes pour la limite du courant d'appel au démarrage et pour la limite du disjoncteur. Dans les systèmes gérant de forts courants de charge, une grande capacité est souvent mobilisée pour fournir ces appels. Charger cette capacité sous 48 V représente une quantité d'énergie considérable dissipée en quantité égale lors du démarrage par le Mosfet, qui subit alors un stress significatif. Le degré de liberté offert par un double réglage de la limitation – par RS pour le circuit de coupure d'une part, et par C2 pour le courant d'appel d'autre part – permet de juguler la puissance dissipée par le Mosfet et donc de minimiser sa taille. La figure 4 montre le résultat obtenu avec le LTC4261 pour le démarrage d'une carte -48 V après insertion, et témoigne d'une mise en contact totalement maîtrisée, un gage de fiabilité certain.

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