CN102882499B - 电源热插拔控制电路和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源热插拔控制电路和系统，电源热插拔控制电路包括一套开关电源电路和多套开关电路；其中：每套所述开关电路与一个第一电源接插件相连；所述开关电源电路用于从开关电源获取电源电压，分别向所述多套开关电路输出驱动电压；所述开关电路用于根据所述第一电源接插件与对应的第二电源接插件之间的接插状态，以及所述驱动电压，对所述第二电源接插件所在的热插拔板卡进行上下电控制。本发明还提供了一种电源热插拔控制系统。本发明可以在保证可靠性的基础上降低设备成本。

Description

电源热插拔控制电路和系统

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种电源热插拔控制电路和系统。

背景技术

为满足配置灵活性的需要，路由器等通信设备通常采用可更换插卡式的结构来实现，并且要求在更换部分板卡时，不能影响整机运行，这就需要实现各线卡或管理板的热插拔。在板卡进行热插拔时，首先要做到电源不断电，不影响对其他板卡的供电。各板卡为了使自身电源稳定，通常在输入端会加上较大的电容，而板卡如果不采用限流措施，直接带电容进行热插拔，这些电容会产生很大的充电电流，直接影响到整个系统的供电电压，甚至会出现接插件打火的危险。因此，对于要实现热插拔的系统，需要对板卡输入端采取限流措施，以确保系统电源的稳定。

图1为现有技术中的热插拔控制电路的电路结构示意图，如图1所示，N型金属氧化物半导体（N-Metal-Oxide-Semiconductor；以下简称：NMOS）管需要G极高于S极才能导通，因此G极驱动电压要高于电源供电电压，使用普通的外围器件难以做到，因此需要使用热插拔专用控制集成电路板（IntegratedCircuit；以下简称：IC）来驱动NMOS管的G极。在板卡插入时，NMOS管处于关断状态。在热插拔控制IC的作用下，NMOS管G极按一定斜率上升，使后端电源电压也以大致相同的速率上升，从而可以较好地控制缓上电器件的充电电流。

然而，在现有技术中，当整套系统中存在多块板卡热插拔时，每块板卡需要使用一套图1所示的电路，而由于热插拔专用控制IC的价格较贵，最终导致整机成本明显增加。

发明内容

本发明提供一种电源热插拔控制电路和系统，在保证可靠性的基础上降低设备成本。

本发明的第一个方面是提供一种电源热插拔控制电路，包括一套开关电源电路和多套开关电路；其中：

每套所述开关电路与一个第一电源接插件相连；

所述开关电源电路用于从开关电源获取电源电压，分别向所述多套开关电路输出驱动电压；

所述开关电路用于根据所述第一电源接插件与对应的第二电源接插件之间的接插状态，以及所述驱动电压，对所述第二电源接插件所在的热插拔板卡进行上下电控制。

本发明的另一个方面是提供一种电源热插拔控制系统，包括电源背板和多个热插拔板卡；其中：

所述电源背板包括上述的电源热插拔控制电路和多个第一电源接插件；

所述热插拔板卡包括与所述第一电源接插件对应的第二电源接插件。

本发明的技术效果是：通过设置一套开关电源电路和多套开关电路，由开关电源电路分别向多套开关电路提供驱动电压，并在各开关电路的控制之下将驱动电压提供或不提供给第一电源接插件，从而实现对第二电源接插件所在的热插拔板卡的上下电控制；本实施例中的第一电源接插件和第二电源接插件在未接插时是不带电的，从而对电路的可靠性要求较低，而开关电路的成本相对于专用的热插拔控制IC来说可以很低，因此本实施例可以在保证可靠性的基础上降低设备成本。

附图说明

图1为现有技术中的热插拔控制电路的电路结构示意图；

图2为本发明电源热插拔控制电路实施例一的电路结构示意图；

图3为本发明电源热插拔控制电路实施例二的电路结构示意图；

图4为本发明电源热插拔控制系统实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

图2为本发明电源热插拔控制电路实施例一的电路结构示意图，如图2所示，本实施例提供了一种电源热插拔控制电路，可以具体包括一套开关电源电路1和多套开关电路2。其中，每套开关电路2的输入端均与开关电源电路1的输出端相连，每套开关电路2的输出端分别与一个第一电源接插件3相连，该第一电源接插件3可以为设置在电源背板上的接插件。开关电源电路1可以同时为多套开关电路2服务，用于从位于电源背板外部的开关电源获取电源电压，分别向多套开关电路2输出驱动电压，开关电源电路1可以将开关电源的电源电压进行电压变换后，输出到开关电路2中。其中，开关电源可以具体为交流（AlternatingCurrent；以下简称：AC）一次开关电源。开关电路2用于根据其所连接的第一电源接插件3与对应的第二电源接插件4之间的接插状态，以及开关电源电路提供的驱动电压，对第二电源接插件4所在的热插拔板卡进行上下电控制。即当第一电源接插件3与第二电源接插件4接插到位时，开关电路2可以将开关电源电路1提供的驱动电压输出到第一电源接插件3，使得热插拔板卡通过第一电源接插件3与第二电源接插件4的连接而上电；或者，当第一电源接插件3与第二电源接插件4的接插断开时，开关电路2可以断开输出到第一电源接插件3的驱动电压，使得热插拔板卡通过第一电源接插件3与第二电源接插件4的断开而下电。在本实施例中，第二电源接插件4可以为设置在热插拔板卡上的接插件，每个热插拔板卡通过其上的第二电源接插件4和电源背板上的第一电源接插件3来实现与电源背板的连接，因此，第一电源接插件与第二电源接插件之间存在一一对应的映射关系。由此可见，本实施例中参与热插拔的为第一电源接插件和第二电源接插件，电源热插拔控制电路本身并不会参与热插拔。由于本实施例中的开关电路只是根据第一电源接插件与第二电源接插件的接插状态，选择向第一电源接插件提供或不提供驱动电压，因此，每个开关电路可以通过简单的控制逻辑和普通的MOS管来实现，无需专用的热插拔控制IC，从而开关电路的成本相对于专用的热插拔控制IC来说可以很低。

本实施例提供了一种电源热插拔控制电路，通过设置一套开关电源电路和多套开关电路，由开关电源电路分别向多套开关电路提供驱动电压，并在各开关电路的控制之下将驱动电压提供或不提供给第一电源接插件，从而实现对第二电源接插件所在的热插拔板卡的上下电控制；本实施例中的第一电源接插件和第二电源接插件在未接插时是不带电的，从而对电路的可靠性要求较低，而开关电路的成本相对于专用的热插拔控制IC来说可以很低，因此本实施例可以在保证可靠性的基础上降低设备成本。

图3为本发明电源热插拔控制电路实施例二的电路结构示意图，如图3所示，本实施例提供了一种具体的电源热插拔控制电路，该电源热插拔控制电路可以具体包括一套开关电源电路1和多套开关电路2。本实施例中的开关电源电路1可以具体为升压Boost直流转直流（DirectCurrent-DirectCurrent；以下简称：DC-DC）开关电源电路。其中，每套开关电路2的输入端均与开关电源电路1的输出端相连，即多套开关电路2共用一套开关电源电路1，每套开关电路2的输出端分别与一个第一电源接插件3相连，该第一电源接插件3可以为设置在电源背板上的接插件。开关电源电路1可以同时为多套开关电路2服务，用于分别向多套开关电路2输出驱动电压，开关电源电路1可以将开关电源的电源电压进行电压变换后，输出到开关电路2中。

在本实施例中，开关电路2具体用于当检测到第一电源接插件3与对应的第二电源接插件4接插到位时，将开关电源电路1提供的驱动电压输出到第一电源接插件3。此时由于第一电源接插件3与第二电源接插件4已处于接插到位状态，则驱动电压输出到第一电源接插件3后，第一电源接插件3便带电，从而通过第二电源接插件4实现了第二电源接插件4所在的热插拔板卡的上电。开关电路2具体用于当检测到第一电源接插件3与对应的第二电源接插件4脱离时，切断输出到第一电源接插件3的驱动电压。此时由于第一电源接插件3与第二电源接插件4已处于接插脱离状态，则切断输出到第一电源接插件3后，第一电源接插件3便不带电，从而通过第二电源接插件4实现了第二电源接插件4所在的热插拔板卡的下电。

在本实施例中，每套开关电路2可以包括驱动控制逻辑单元21和半导体晶体管22，每套开关电路2与一个热插拔板卡相对应，本实施例中的半导体晶体管可以具体为NMOS管。本实施例中的开关电源电路1具体用于输出驱动NMOS管G极的高电压。如图3所示，本实施例中的驱动控制逻辑单元21的一个输入端与开关电源电路1的输出端相连，即图3中所示的VDD_GATE，用于从开关电源电路1获取驱动电压。驱动控制逻辑单元21的另一个输入端与第一电源接插件3的在位端（PRE）相连，所述第一电源接插件3的在位端与第二电源接插件4的在位端相对应，该驱动控制逻辑单元21用于采集在位端的信号，获取到第一电源接插件3与对应的第二电源接插件4的接插状态，从而根据所述接插状态驱动半导体晶体管22。驱动控制逻辑单元21的输出端与半导体晶体管22的栅极相连，用于驱动半导体晶体管22，以将驱动电压提供或不提供给第一电源接插件。半导体晶体管22用于在驱动控制逻辑单元21的驱动之下，向第一电源接插件3输出驱动电压，或切断输出到第一电源接插件3的驱动电压。即本实施例中的半导体晶体管22相当于一个开关，开关闭合时向第一电源接插件3输出驱动电压，从而对应的热插拔板卡上电，开关断开时，断开输出到第一电源接插件3的驱动电压，从而对应的热插拔板卡下电。

进一步地，本实施例中的接插件采用长短针设计，每个第二电源接插件3上都设置有在位端PRE、接地端GND和电源输入端VDD，其中，在位端PRE的管脚为第二电源接插件4中的最短针，接地端GND的管脚为第二电源接插件4中的最长针。当热插拔板卡插入电源背板时，在位端最后接触第一电源接插件3，则通过采集在位端的信号可以确认热插拔板卡是否接插到位，当热插拔板卡从电源背板拔出时，在位端也最先脱离第一电源接插件3，则通过采集在位端的信号可以快速切断板卡电源。当热插拔板卡插入电源背板时，接地端最先接触第一电源接插件3，当热插拔板卡从电源背板拔出时，接地端也最先与第一电源接插件3断开。

以下通过与现有技术的热插拔控制电路进行比较，来说明本发明的技术效果：

在现有技术的方案中，每个热插拔板卡上使用一套专用的热插拔控制IC，为保证热插拔操作的稳定性，这种专用的热插拔控制IC的可靠性要求较高，通常成本也较高，且每个热插拔板卡都使用一套专用的热插拔控制IC，则现有技术中热插拔控制电路的成本会随着热插拔板卡的增加而上升。例如，假设某款热插拔控制IC的单价为15RMB，MOS管的单价为5RMB，整机包括10个热插拔板卡，则现有技术中热插拔控制电路的成为200RMB。而在本实施例提供的方案中，所有热插拔板卡共用一套开关电源电路，从而电路成本较低。例如，一套开关电源电路的成本为10RMB，NMOS管的单价为5RMB，整机包括10个热插拔板卡，则本实施例中热插拔控制电路的成为60RMB。由此可见，本实施例提供的热插拔控制电路相对于现有技术大大降低了成本。

在现有技术的方案中，热插拔板卡在插入电源背板前，电源背板上为热插拔板卡供电的电源接插件已经是带电的，因此热插拔板卡是带电插入，热插拔控制电路分布的少量电容直接接入电源母线，也会对电源母线产生一定干扰，导致电源母线上出现短暂的电源波动。而在本实施例的技术方案中，热插拔板卡在插入电源背板之前，电源背板上为板卡供电的电源接插件是不带电的，当板卡完全插入之后其才开始上电，从而避免了电容直接接入电源母线对电源母线产生的干扰。

图4为本发明电源热插拔控制系统实施例的电路结构示意图，如图4所示，本实施例提供了一种电源热插拔控制系统，该电源热插拔控制系统可以包括电源背板5和多个热插拔板卡6。其中，电源背板5可以包括上述图2或图3所示的电源热插拔控制电路和多个第一电源接插件3。多套开关电路2共用一套开关电源电路1，每套开关电路2与一个热插拔板卡6相对应，热插拔板卡6与电源背板5的插接通过热插拔板卡6上的第二电源接插件4和电源背板5上的第一电源接插件3的插接来实现。热插拔板卡6包括与第一电源接插件3对应的第二电源接插件4。开关电源向电源背板5中的开关电源电路1输出VDD直流电压，开关电源电路1对VDD直流电压进行电压变换，通过与各开关电路2相连的VDD_GATE分别输入到各开关电路2中的驱动控制逻辑单元21的一个输入端中。驱动控制逻辑单元21采集对应的第二电源接插件4中PRE的信号，当检测到第一电源接插件3与对应的第二电源接插件4接插到位时，将驱动电压输出到第一电源接插件3，以通过第二电源接插件4对第二电源接插件4所在的热插拔板卡6进行上电。当检测到第一电源接插件3与对应的第二电源接插件4脱离时，切断输出到第一电源接插件3的驱动电压，以对第二电源接插件4所在的热插拔板卡6进行下电。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种电源热插拔控制电路，其特征在于，包括一套开关电源电路和多套开关电路；其中：

每套所述开关电路与一个第一电源接插件相连；

所述开关电源电路用于从开关电源获取电源电压，分别向所述多套开关电路输出驱动电压；

所述开关电路用于根据所述第一电源接插件与对应的第二电源接插件之间的接插状态，以及所述驱动电压，对所述第二电源接插件所在的热插拔板卡进行上下电控制；

所述第一电源接插件设置在电源背板上；

所述开关电路包括驱动控制逻辑单元和半导体晶体管，所述驱动控制逻辑单元的一个输入端与所述开关电源电路的输出端相连，所述驱动控制逻辑单元的另一个输入端与所述第一电源接插件的在位端相连，所述驱动控制逻辑单元的输出端与所述半导体晶体管的栅极相连，所述第一电源接插件的在位端与所述第二电源接插件的在位端相对应；

所述驱动控制逻辑单元用于采集所述在位端的信号，获取第一电源接插件与对应的第二电源接插件的接插状态，以根据所述接插状态驱动所述半导体晶体管；

所述半导体晶体管用于在所述驱动控制逻辑单元的驱动之下，向所述第一电源接插件输出驱动电压，或切断输出到所述第一电源接插件的驱动电压。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电路具体用于当检测到所述第一电源接插件与对应的第二电源接插件接插到位时，将所述驱动电压输出到所述第一电源接插件，以通过所述第二电源接插件对所述第二电源接插件所在的热插拔板卡进行上电；

当检测到所述第一电源接插件与对应的第二电源接插件脱离时，切断输出到所述第一电源接插件的驱动电压，以对所述第二电源接插件所在的热插拔板卡进行下电。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二电源接插件上设置有在位端、接地端和电源输入端，所述在位端的管脚为所述第二电源接插件中的最短针，所述接地端的管脚为所述第二电源接插件中的最长针。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电源电路为升压Boost直流转直流DC-DC开关电源电路，所述半导体晶体管为N型金属氧化物半导体NMOS管。

5.一种电源热插拔控制系统，其特征在于，包括电源背板和多个热插拔板卡；其中：

所述电源背板包括权利要求1-4中任一项所述的电源热插拔控制电路和多个第一电源接插件；

所述热插拔板卡包括与所述第一电源接插件对应的第二电源接插件。