CN101192053A - 模块化设备中热插拔模块的上电方法及热插拔控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化设备中热插拔模块的上电方法及热插拔控制电路，该热插拔控制电路包括：多级热插拔控制单元，用于分别控制热插拔模块的多组用电设备进行上电；以及至少一个延时电路，用于控制至少一个热插拔控制单元对用电设备的上电时间，以使所述多组用电设备在不同时间上电。本发明实施例的模块化设备中热插拔模块的上电方法及热插拔控制电路实现了热插拔模块的多个用电设备的分级上电，有效解决了模块化设备的模块进行热插拔时冲击电流过大的问题，并减少了模块化设备整机电源的功率浪费。

Description

模块化设备中热插拔模块的上电方法及热插拔控制电路

技术领域

本发明涉及热插拔技术领域，具体涉及模块化设备中热插拔模块的上电方法及热插拔控制电路。

背景技术

热插拔就是指在模块化设备正常开机、运行的状态下，对故障配件进行更换或者添加新的配件。热插拔功能允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的风扇、电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等，例如一些面向高端应用的模块化设备(如模块化交换机系统)都可以提供风扇模块和电源模块等的热插拔功能。所述模块化设备的模块化是指把性能不同但功能或用途上拥有一定共同点的组件的接口、尺寸标准化，这些组件就称之为模块。用于模块放置和固定的插槽、用于实现模块之间互联互通的连接件等等，组成一个设备，称为模块化机箱。模块化机箱以及在机箱中的模块组合而成的设备，称为模块化设备(如模块化交换机)，模块化设备通过模块化机箱实现其内部的互联互通。以模块化交换机设备为例，其包含三种模块：电源模块，风扇模块及线卡模块，在风扇模块中有拥有多个风扇(用电设备)，用于对电子设备进行散热。

热插拔冲击电流是由模块在系统带电的状态下进行插拔的瞬间所产生的高于正常工作电流数倍的电流。冲击电流的大小由很多因素决定，如输入电压大小、输入电线阻抗、电源内部输入电感及等效阻抗、输入电容等效串连阻抗等。这些参数根据不同的电源系统和布局不同而不同，很难进行估算，最精确的方法是在实际应用中测量冲击电流的大小。以风扇模块例，经过实际的测试热插拔瞬间的冲击电流一般可以达到正常工作状态下的电流的3～5倍。

正是由于热插拔冲击电流的上面的特性，导致它对整机系统的危害是巨大的。首先过大的冲击电流可能导致系统中的模块或者部件在热插拔时损坏，其次热插拔带来的风险会严重降低系统的可靠性，因此为了保证系统的供电正常，电源必须留有一定的余量保证在热插时电源不会因为过强的冲击电流而导致过载。

目前避免过强的热插拔冲击损坏模块的内部电路的一种方法是通过热插拔控制电路检测热插拔时的电流和电压的大小来控制整个模块电路的上电时间。热插拔控制电路如图1所示，其主要包含热插拔控制芯片，检测电路和MOSFET(场效应管)三个部分，热插拔控制芯片通过检测电路反馈的电流和电压的信息来决定是否开启MOSFET，而MOSFET一般是串联放在整个模块的供电总线上，这样如果热插拔控制芯片控制MOSFET开启，则整个模块可以正常上电工作，但如果热插拔控制芯片检测到过强的电流或者过高的电压，便可以关闭MOSFET，这样虽然MOSFET后面的模块电路暂时没有办法上电，但是却有效的将热插拔冲击和模块电路进行了隔离，保护了模块电路不受热插拔冲击的影响。待热插拔冲击电流消失以后，热插拔芯片会重新控制开启MOSFET，保证整个模块正常上电工作。

热插拔控制电路可以有效控制冲击电流对系统的危害，提高整机系统的可靠性，但是却不能消除冲击电流，这是因为热插拔控制芯片只能设计一个固定的阀值，这个阀值是一个保护热插拔模块内部电路不受损伤的经验值，高于这个阀值的冲击有可能对系统造成损坏，所以高于阀值的冲击都会导致热插拔控制芯片关闭MOSFET。但是如果热插拔的冲击电流没有超过这个阀值，则热插拔芯片会打开MOSFET保证模块正常上电，而热插拔的冲击的大小每一次的插拔都不相同并且差别比较大，所以这样会存在低于阀值的热插拔冲击电流没有被热插拔控制芯片阻挡住，这样单一的热插拔芯片就不能有效的解决电源必须为冲击电流保留余量的问题，这样如果整机系统的模块数量很多的时候，电源的预留余量就需要很大，而这部分的余量在模块正常工作时是不需要的，因此会对整机电源的输出功率造成很大的浪费。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种热插拔控制电路，以实现热插拔模块的多个用电设备的分级上电，有效解决模块化设备的模块进行热插拔时冲击电流过大的问题，从而解决模块化设备整机电源需要做较多预留的问题，提高模块化设备的整机可靠性。

本发明的另一目的在于提供一种模块化设备中热插拔模块的上电方法，同样实现热插拔模块的多个用电设备的分级上电。

为了实现上述目的，本发明一实施例的热插拔控制电路包括：

多级热插拔控制单元，用于分别控制热插拔模块的多组用电设备进行上电；以及

至少一个延时电路，用于控制至少一个热插拔控制单元对用电设备的上电时间，以使所述多组用电设备在不同时间上电。

所述至少一个延时电路分别设置于前一级热插拔控制单元和后一级热插拔控制单元之间，用于驱动该后一级热插拔控制单元，通过所述延时电路的延时实现所述热插拔模块的多组用电设备在不同时间上电。

所述多级热插拔控制单元分别独立地控制热插拔模块的多组用电设备进行上电；

所述至少一个延时电路，分别连接各级热插拔控制单元或者分别连接除第一级热插拔控制单元外的各级热插拔控制单元，用于驱动所述各级热插拔控制单元，通过所述延时电路的不同延时实现所述热插拔模块的多组用电设备在不同时间上电。

本发明实施例的模块化设备中热插拔模块的上电方法包括如下步骤：

分组步骤，将热插拔模块的用电设备分为多组；

分级上电步骤，采用对应于所述多组用电设备的多个热插拔控制单元分别控制所述多组用电设备在不同时间上电。

所述分级上电步骤包括：

(1)在所述热插拔模块插入模块化设备的机箱后，由第一级热插拔控制单元控制热插拔模块的第一组用电设备上电；

(2)上电的用电设备电压稳定后，再驱动下一级热插拔控制单元，由该下一级热插拔控制单元控制待上电的下一组用电设备上电；

(3)重复上述第(2)步骤，直至所述热插拔模块中的所有需上电的用电设备全部上电。

所述分级上电步骤包括：

在所述热插拔模块插入模块化设备的机箱后，利用多级热插拔控制单元独立地控制对应的多组用电设备在不同时间上电。

本发明实施例的模块化设备中热插拔模块的上电方法及热插拔控制电路实现了热插拔模块的多个用电设备的分级上电，有效控制了模块化设备的模块进行热插拔时冲击电流过大带来的风险，同时有效的减少了模块化设备整机电源的功率浪费，也改善了热插拔模块时冲击电流对系统的影响，提高了模块化设备的整机可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为现有热插拔控制电路的示意图；

图2为模块化交换机中风扇模块的示意图；

图3为本发明一实施例的热插拔控制电路的示意图；

图4为本发明另一实施例的热插拔控制电路的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供一种模块化设备中热插拔模块的上电方法及热插拔控制电路，通过采用多个热插拔控制单元分别对热插拔模块的用电设备分多组进行控制，以控制该多组用户设备分时段上电，即实现分级上电。例如，所述热插拔控制电路可包括多级热插拔控制单元及至少一个延时电路，其中所述多级热插拔控制单元分别控制热插拔模块的多组用电设备进行上电；而所述至少一个延时电路用于控制至少一个热插拔控制单元对用电设备的上电时间，以使所述多组用电设备在不同时间上电。在模块化设备的模块中，只要各用电设备之间对于上电的延迟并不十分敏感，就可以根据本发明对热插拔模块的用电设备进行分级上电。例如，对于风扇模块中，由于其具有多个风扇，在热插拔风扇模块时风扇模块内部的各个风扇并不必须同时上电，这样就可以对各个风扇进行分级上电。

下面以模块化交换机中带有6个风扇的风扇模块(如图2所示)为例，结合附图对实现分级上电的热插拔控制电路及上电方法进行详细说明。

风扇模块主要是由风扇和风扇控制电路以及外面的结构件组成，风扇控制电路包含了一些对风扇进行控制的电路，其中也包含了降低热插拔风险的热插拔控制电路。若采用传统的热插拔控制电路，在风扇模块热插拔时的冲击电流会达到6个风扇正常工作状态下电流的3倍左右，这样就相当于这个风扇模块的耗电量被扩大了3倍左右，这样整机系统的供电电源不得不做出多余的预留，以保证在热插拔时电源仍然可以保证不过载。这样相当于每增加一个热插拔的风扇模块，就要使整机电源浪费两倍于风扇模块正常工作的功耗，而这部分浪费的功耗在风扇模块稳定工作时又是不需要的。如果采用本发明的分级上电的模式，这个问题就可以迎刃而解。例如本发明实施例中可以让6个风扇每2个一组分为三组，分三个时间段上电，这样虽然热插拔或者风扇启动的瞬间仍然会有3倍左右冲击电流，但2个风扇的冲击电流的大小却仅相当于风扇模块全部6个风扇正常工作时的电流，分级上电的做法其实就是将大的冲击电流从时间上将其分为三份，这样不仅更有效的降低了热插拔的冲击电流的大小，同时也解决了电源需要为热插拔冲击保留不必要的余量的问题。即便是将6个风扇分为2组(例如每3个为一组)，分两个时间段上电，也可以有效的降低热插拔的冲击电流，并降低模块化设备整机电源所做的预留。从实现方式上，还可以将6个风扇分为4组、5组或6组等更多的组，将不同组的风扇在不同时段上电。

实施例1

本实施例提供一种热插拔控制电路。为了实现分级上电的目的，本发明将模块化设备的模块系统的热插拔控制电路进行了改进，将由一个热插拔控制芯片控制上电的控制电路改进为由多个热插拔控制芯片控制上电的控制电路。图3为本实施例的对模块化交换机的风扇模块分三级上电时的热插拔控制电路的示意图。如图3所示，该热插拔控制电路包括：三级热插拔控制单元，用于分别控制热插拔风扇模块的三组风扇进行上电；以及两个延时电路，第一个延时电路设置于第一级热插拔控制单元和第二级热插拔控制单元之间，用于驱动第二级热插拔控制单元；第二个延时电路设置于第二级热插拔控制单元和第三级热插拔控制单元之间，用于驱动第三级热插拔控制单元。通过所述延时电路的延时实现三组风扇的分时段上电。

本实施例中，每一级所述热插拔控制单元包括：检测电路，用于检测热插拔模块供电总线的电流及电压；场效应管，与检测电路串联在热插拔模块供电总线上，通过该场效应管的开启来实现用电设备的上电；以及热插拔控制芯片，用于根据所述检测电路检测的电压及电流信息来控制是否开启所述场效应管。可针对风扇模块的总线电压和电流的大小选用合适的热插拔控制芯片，并且选用的热插拔控制芯片带有PowerGood(电源正常，简称PG)输出管脚，这个管脚的作用是可以正确的反馈MOSFET的开关状态。这个管脚在MOSFET开启的状态下，输出为高阻状态，这样可以在芯片外面进行上拉到电源的处理，也就是说在MOSFET开启的状态下这个管脚的电平为高，而在MOSFET关闭的状态下这个管脚的输出为低电平，这是由于芯片内部作下拉到参考地的处理。同时所述热插拔控制芯片还具有一个ENable(使能，简称EN)管脚，这个管脚的作用是保证在总线电压正常的状态下，热插拔控制芯片可以正确的打开MOSFET，使模块内部电路正常上电。

如图3中的三个热插拔控制芯片，每个热插拔芯片都包含了PowerGood和ENable的管脚，而分级上电的实现的过程便是当风扇模块插入模块化交换机的机箱里的时候，热插拔控制芯片X的ENable管脚由于直流总线(DC BUS)上的电压升高而开启，这样热插拔控制芯片X控制的MOSFET便打开，总线A上两个风扇(风扇1-2)开始工作。当总线A的电压稳定以后这时热插拔控制芯片会将PowerGood置为高阻状态，PowerGood信号由于上拉到总线A而呈现为高电平，经过一个延时电路，送给热拔插控制芯片Y的ENable管脚，热插拔控制芯片Y的ENable管脚边因为电压的升高而开启进而控制MOSFET开启使总线B上电。这时与总线B相连的两个风扇(风扇3-4)也可以上电工作了。同样的原理热插拔控制芯片Y也会通过PowerGood管脚来控制热插拔控制芯片Z来开启其控制的MOSFET，这样全部总线都完成了上电，全部的风扇也开始正常工作。6个风扇分别连接到总线A，B，C上面，通过三个热插拔控制芯片的控制依次完成了上电的过程。

通过上述的热插拔控制电路可以完成风扇的三路分时启动，同时还可以根据实际需要设计2、4、5、6等多路的分时启动上电电路，例如，如果将模块化交换机风扇模块的6个风扇分为2组进行分级上电时，则需要两个热插拔控制单元和一个延时电路，该延时电路设置于两个热插拔控制单元之间。

本实施例中是由延时电路来调整两个总线之间的时间间隔，所述延时电路典型为RC电路，如果要做到精确延时，也可以考虑使用NE555等经典延时电路完成。但本发明中的延时电路并不限于RC电路和NE555电路。并且，延时电路也可以由其他具有相同功能的其他电路代替。

实施例2

本实施例另提供一种热插拔控制电路。图4为本实施例的对风扇模块的风扇分三级上电时的热插拔控制电路的示意图。如图4所示，该热插拔控制电路包括：三级热插拔控制单元，用于并列地控制热插拔模块的多组用电设备进行上电；以及三个延时电路，分别连接各级热插拔控制单元，用于驱动所述各级热插拔控制单元，通过所述延时电路的不同延时实现所述热插拔模块的多组用电设备在不同时间上电。本实施例中所述延时电路典型为RC电路，如果要做到精确延时，可以考虑使用NE555等经典延时电路完成。

本实施例中，每一级所述热插拔控制单元包括：检测电路，场效应管以及热插拔控制芯片。所述热插拔控制芯片具有ENable管脚，以保证在总线电压正常的状态下，热插拔控制芯片可以正确的打开MOSFET，使模块内部电路正常上电。

图4中同样包含了三个热插拔控制芯片，只是三片热插拔控制芯片的控制上电的时间的方式由图3中的依次顺序上电的方式变成了并列独立的上电方式，这种方案实现的方式就是当DC BUS上电以后，同时控制三个延时电路开始工作，然后由延时电路来驱动热插拔控制芯片的EN管脚，通过设置不同的延时时间来达到分时上电的目的，例如可以设置热插拔控制芯片X的延时为5秒，热插拔控制芯片Y的延时为6秒，热插拔控制芯片Z的延时为7秒，这样同样可以做到总线A、B、C依次上电，全部的风扇也正常上电工作，并且上电的间隔为1秒。上述延时设定及时间间隔仅为举例说明，并非用于限定本发明，还可以根据需要设定其他的数值。

本实施例中，也可以仅采用两个延时电路来驱动其中的两个热插拔控制单元，而对其余的一个热插拔控制单元无需采用延时电路，此时也可以实现对全部风扇的分三组分级上电。

通过本实施例的上述热插拔电路可以完成风扇的三路分时启动，同时可以根据实际需要设计2、4、5…等多路的分时启动上电电路，而且两个总线之间的时间间隔也可以通过延时电路来调整。

实施例3

本实施例提供一种模块化设备中热插拔模块的分级上电方法，该方法包括如下步骤：

分组步骤，将热插拔模块的用电设备(如风扇)分为多组，每一组用电设备挂在供电总线的不同部分(如图3和图4中的总线A、B、C)，或者说，将模块化设备的总线划分为几个用电部分。供电总线的部分之间或各组用电设备之间对于上电的延迟并不十分敏感。

分级上电步骤，利用对应的多个热插拔控制单元控制所述多组用电设备在不同时间上电。

以带有6个风扇的风扇模块为例，实现分三级上电时的分级上电步骤包括：

(1)在所述风扇模块插入模块化交换机的机箱后(包括插入模块化交换机机箱的同时或一定时间后)，由第一级热插拔控制单元控制热插拔模块的第一组用电设备上电；

(2)经过预定的时间间隔(如1秒)，由第二级热插拔控制单元控制热插拔模块的第二组用电设备上电；

(3)再经过一定的时间间隔(如1秒)，由第三级热插拔控制单元控制热插拔模块的第三组用电设备上电，至此实现风扇模块中的所有风扇的上电启动。

可由实施例1中的热插拔控制电路实现上述分级上电步骤。如，该控制电路根据上面分组步骤对总线的划分选用合适数目的热插拔控制芯片，且选用的热插拔控制芯片具有“PowerGood”和“ENable”这两个功能的管脚。每个热插拔控制芯片的MOSFET将总线隔离开，通过使用“PowerGood”和“ENable”这两个管脚使前一级的热插拔控制芯片稳定输出后后一级的热插拔控制芯片才能正常输出。

本实施例的上述分级上电步骤同样可以通过实施例2中的热插拔控制电路来实现，即在所述热插拔模块插入模块化设备的机箱后，利用多级热插拔控制单元独立地控制对应的多组用电设备在不同时间上电。

通过如上实施例的热插拔控制电路及热插拔模块的分级上电方法，可以有效的控制热插拔模块在插拔时的热插拔冲击带来的风险，同时有效的减少了模块化设备整机电源的功率浪费，并通过对热插拔冲击的控制有效的提高了模块化设备的可靠性。

本发明的热插拔控制电路及热插拔模块的分级上电方法不仅适用于风扇模块，同样适用于模块化设备的其他模块。只要该模块的各用电设备之间对于上电的延迟不十分敏感，就可以根据本发明对热插拔模块的用电设备进行分级上电。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热插拔控制电路，其特征在于，该热插拔控制电路包括：

多级热插拔控制单元，用于分别控制热插拔模块的多组用电设备进行上电；以及

至少一个延时电路，用于控制至少一个热插拔控制单元对用电设备的上电时间，以使所述多组用电设备在不同时间上电。

2.根据权利要求1所述的热插拔控制电路，其特征在于：

所述至少一个延时电路分别设置于前一级热插拔控制单元和后一级热插拔控制单元之间，用于驱动该后一级热插拔控制单元，通过所述延时电路的延时实现所述热插拔模块的多组用电设备在不同时间上电。

3.根据权利要求1或2所述的热插拔控制电路，其特征在于，所述热插拔控制单元包括：

检测电路，用于检测热插拔模块供电总线的电流及电压；

场效应管，与检测电路串联在热插拔模块供电总线上，通过该场效应管的开启来实现用电设备的上电；

热插拔控制芯片，用于根据所述检测电路检测的电压及电流信息来控制是否开启所述场效应管。

4.根据权利要求3所述的热插拔控制电路，其特征在于，所述热插拔控制芯片具有PG管脚及EN管脚，所述PG管脚用于反馈场效应管的开关状态，在场效应管开启的状态下此管脚为高阻状态；所述EN管脚用于在总线电压正常的状态下使热插拔控制芯片开启场效应管；

后一级热插拔控制芯片的EN管脚经所述延时电路连接前一级热插拔控制芯片的PG管脚。

5.根据权利要求1所述的热插拔控制电路，其特征在于：

所述多级热插拔控制单元分别独立地控制热插拔模块的多组用电设备进行上电；

所述至少一个延时电路分别连接各级热插拔控制单元或者分别连接除第一级热插拔控制单元外的各级热插拔控制单元，用于驱动所述各级热插拔控制单元，通过所述延时电路的不同延时实现所述热插拔模块的多组用电设备在不同时间上电。

6.根据权利要求5所述的热插拔控制电路，其特征在于：所述热插拔控制单元包括：

检测电路，用于检测热插拔模块供电总线的电流及电压；

场效应管，与检测电路串联在热插拔模块供电总线上，通过该场效应管的开启来实现用电设备的上电；

热插拔控制芯片，用于根据所述检测电路检测的电压及电流信息来控制是否开启所述场效应管。

7.根据权利要求6所述的热插拔控制电路，其特征在于：所述热插拔控制芯片具有EN管脚，用于在总线电压正常的状态下开启所述场效应管；

所述延时电路通过所述EN管脚驱动热插拔控制芯片。

8.一种模块化设备中热插拔模块的上电方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

分组步骤，将热插拔模块的用电设备分为多组；

分级上电步骤，采用对应于所述多组用电设备的多个热插拔控制单元分别控制所述多组用电设备在不同时间上电。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述分级上电步骤包括：

(1)在所述热插拔模块插入模块化设备的机箱后，由第一级热插拔控制单元控制热插拔模块的第一组用电设备上电；

(2)上电的用电设备电压稳定后，再驱动下一级热插拔控制单元，由该下一级热插拔控制单元控制待上电的下一组用电设备上电；

(3)重复上述第(2)步骤，直至所述热插拔模块中的所有需上电的用电设备全部上电。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述分级上电步骤包括：

在所述热插拔模块插入模块化设备的机箱后，利用多级热插拔控制单元独立地控制对应的多组用电设备在不同时间上电。

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