CN103034607A - 热插拔电路、接口电路及电子设备组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热插拔电路、接口电路及电子设备组件，包括开关模块、电压控制模块、电容模块、充电模块和放电模块，其中：开关模块第一端为电源输入接线端，开关模块第二端为电源输出接线端，开关模块第三端和电压控制模块第五端相连；电压控制模块第一端为电源输入接线端，电压控制模块第二端为接地端，电压控制模块第三端为使能接线端，电压控制模块第四端和电容模块第一端、充电模块第二端、放电模块第一端相连；电容模块第二端为接地端；充电模块第一端为电源输入接线端，充电模块第三端为使能接线端；放电模块第二端为接地端，放电模块第三端为使能接线端。采用本发明提供的热插拔电路，能够在上电时提高缓启动效果、断电时迅速关断。

Description

热插拔电路、接口电路及电子设备组件

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种热插拔电路、接口电路及电子设备组件。

背景技术

热插拔即带电插拔，允许用户在不切断设备电源的情况下插入和拔出电子设备组件，如板卡等，不会导致设备或周边装置故障，从而提高了系统的恢复能力、扩展能力等。

如果组件上的负载为容性负载，在不切断设备电源的情况下，该组件插入设备瞬间，电源的突然接入会对组件产生较大的瞬时冲击，在插接件处出现电弧放电，甚至对设备造成损毁；当该组件拔出时，插接件处可能出现瞬间接触、瞬间断开的情况，从而导致接入电源的波动，影响设备运行的稳定性。因此为实现该组件的热插拔，需要在该组件接口处设计一个电路，在该组件插入带电设备时能够抑制上电冲击，在该组件从带电设备拔出时能够迅速断电。

现有技术中，多采用图1所示的热插拔电路，具体包括一个充电电容C、一个限流电阻R和一个场效应晶体管（简称MOS管）Q。在该电路上电后需要先对充电电容C进行充电，使MOS管Q的栅漏电压逐渐减小，进一步使MOS管Q的导通电阻逐渐减小，漏极电流逐渐增大，实现缓启动，达到抑制上电冲击的目的。但是一般情况下，只有在MOS管Q的导通电阻为几十欧姆至几欧姆之间时，才能有效进行缓启动控制，而此时MOS管Q的栅漏电压变化范围较小，所以缓启动控制的有效时间较短，缓启动效果较差，尤其当负载电容较大时，缓启动效果更加不能满足要求。并且，在该电路断电时，由于充电电容C中存储的电量，电路不能迅速关断。

发明内容

本发明实施例提供一种热插拔电路、接口电路及电子设备组件，用以解决现有技术中的热插拔电路上电时缓启动效果较差、断电时不能迅速关断的问题。

本发明实施例提供一种热插拔电路，包括开关模块、电压控制模块、电容模块、充电模块和放电模块，其中：

所述开关模块的第一端为电源输入接线端，所述开关模块的第二端为电源输出接线端，所述开关模块的第三端和所述电压控制模块的第五端相连；所述电路上电时，所述开关模块通过自身的导通过程控制所述电源输出接线端的输出电压逐渐变化至电源输入接线端的输入电压；所述电路断电时，所述开关模块通过自身的关断过程控制所述电源输出接线端的输出电压减小为零；

所述电压控制模块的第一端为电源输入接线端，所述电压控制模块的第二端为接地端，所述电压控制模块的第三端为使能接线端，所述电压控制模块的第四端和所述电容模块的第一端、所述充电模块的第二端、所述放电模块的第一端相连；所述电路上电时，所述电压控制模块通过自身的第五端的输出电压控制所述开关模块的导通过程；

所述电容模块的第二端为接地端；所述电路上电时，所述电容模块通过自身的两端电压控制所述电压控制模块的第五端的输出电压；

所述充电模块的第一端为电源输入接线端，所述充电模块的第三端为使能接线端；所述电路上电时，所述充电模块用于为所述电容模块充电；

所述放电模块的第二端为接地端，所述放电模块的第三端为使能接线端；所述电路断电时，所述放电模块用于为所述电容模块放电。

本发明实施例还提供一种接口电路，包括上述热插拔电路。

本发明实施例还提供一种电子设备组件，包括上述接口电路。

本发明实施例提供的热插拔电路，在电路上电时，通过充电模块为电容模块充电，通过控制电容模块两端的电压能够控制电压控制模块的第五端的输出电压，进而控制开关模块的导通过程，即可以控制开关模块的导通时间长度，从而能够控制电源输出接线端的输出电压逐渐变化至电源输入接线端的输入电压的时间长度，提高缓启动效果；并且在电路断电时，电容模块可以通过限流模块迅速放电，电路能够迅速关断。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中的热插拔电路的结构图；

图2为本发明实施例提供的热插拔电路的结构图；

图3为本发明实施例提供的热插拔电路的详细结构图；

图4为本发明实施例提供的热插拔电路中MOS管的栅极电压变化趋势示意图；

图5为本发明实施例提供的热插拔电路中MOS管的漏源电压变化趋势示意图。

具体实施方式

为了给出在上电时缓启动效果较好、断电时迅速关断的热插拔电路的实现方案，本发明实施例提供了一种热插拔电路、接口电路及电子设备组件，以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供了一种热插拔电路，如图2所示，包括开关模块101、电压控制模块102、电容模块103、充电模块104和放电模块105，其中：

开关模块101的第一端为电源输入接线端Vin，开关模块101的第二端为电源输出接线端Vout，开关模块101的第三端和电压控制模块102的第五端相连；电压控制模块102的第一端为电源输入接线端Vin，电压控制模块102的第二端为接地端GND，电压控制模块102的第三端为使能接线端EN，电压控制模块102的第四端和电容模块103的第一端、充电模块104的第二端、放电模块105的第一端相连；电容模块103的第二端为接地端GND；充电模块104的第一端为电源输入接线端Vin，充电模块104的第三端为使能接线端EN；放电模块105的第二端为接地端GND，放电模块105的第三端为使能接线端EN。

电路上电时，开关模块101通过自身的导通过程控制电源输出接线端Vout的输出电压逐渐变化至电源输入接线端Vin的输入电压；电压控制模块102通过自身的第五端的输出电压控制开关模块101的导通过程；电容模块103通过自身的两端电压控制电压控制模块102的第五端的输出电压；充电模块104用于为电容模块103充电。

电路断电时，开关模块101通过自身的关断过程控制电源输出接线端Vout的输出电压减小为零；放电模块105用于为电容模块103放电。

本发明实施例提供的热插拔电路适用于正电源输入的场合，下面用具体实施例对热插拔电路进行详细说明。

本发明实施例提供了一种热插拔电路，包括开关模块101、电压控制模块102、电容模块103、充电模块104和放电模块105，其中：

开关模块101的第一端为电源输入接线端Vin，开关模块101的第二端为电源输出接线端Vout，开关模块101的第三端和电压控制模块102的第五端相连；电压控制模块102的第一端为电源输入接线端Vin，电压控制模块102的第二端为接地端GND，电压控制模块102的第三端为使能接线端EN，电压控制模块102的第四端和电容模块103的第一端、充电模块104的第二端、放电模块105的第一端相连；电容模块103的第二端为接地端GND；充电模块104的第一端为电源输入接线端Vin，充电模块104的第三端为使能接线端EN；放电模块105的第二端为接地端GND，放电模块105的第三端为使能接线端EN。

本发明实施例提供了的热插拔电路详细结构如图3所示。

开关模块101具体为MOS管M。进一步的，MOS管M为P沟道型MOS管，P沟道型MOS管的漏极作为开关模块101的第一端，P沟道型MOS管的源极作为开关模块101的第二端，P沟道型MOS管的栅极作为开关模块101的第三端。

电压控制模块102包括第一三极管T1、第二三极管T2、第三三极管T3、第一电阻R1、第二电阻R2，第三电阻R3、第四电阻R4，第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，其中：第二电阻R2的第一端和第三电阻R3的第一端相连，作为电压控制模块102的第一端；第五电阻R5的第二端、第七电阻R7的第二端、第一三极管T1的集电极和第二三极管T2的发射极相连，作为电压控制模块102的第二端；第一电阻R1的第一端作为电压控制模块102的第三端；第四电阻R4的第一端和第六电阻R6的第一端相连，作为电压控制模块102的第四端；第一三极管T1的发射极、第二三极管T2的集电极和第二电阻R2的第二端相连，作为电压控制模块102的第五端；第一电阻R1的第二端和第一三极管T1的基极相连；第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第一端、第二三极管T2的基极和第三三极管T3的发射极相连；第六电阻R6的第二端、第七电阻R7的第一端和第三三极管T3的基极相连；第三电阻R3的第二端和第三三极管T3的集电极相连。进一步的，第一三极管T1具体为NPN型三极管，第二三极管T2具体为PNP型三极管，第三三极管T3具体为PNP型三极管。

电容模块103具体为电容C。

充电模块104包括第四三极管T4、第八电阻R8和第九电阻R9，其中：第九电阻R9的第一端作为充电模块104的第一端；第四三极管T4的集电极作为充电模块104的第二端；第八电阻R8的第一端作为充电模块104的第三端；第八电阻R8的第二端和第四三极管T4的基极相连；第九电阻R9的第二端和第四三极管T4的发射极相连。进一步的，第四三极管T4具体为NPN型三极管。

放电模块105包括第五三极管T5、第十电阻R10和第十一电阻R11，其中：第十一电阻R11的第一端作为放电模块105的第一端；第五三极管T5的发射极作为放电模块105的第二端；第十电阻R10的第一端作为放电模块105的第三端；第十电阻R10的第二端和第五三极管T5的基极相连；第十一电阻R11的第二端和第五三极管T5的集电极相连。进一步的，第五三极管具体为PNP型三极管。

为了进一步说明本发明实施例提供的热插拔电路，下面对其工作原理进行详细阐述，MOS管M的栅极电压Vg的变化趋势如图4所示，该图中横坐标轴表示时间t，纵坐标轴表示栅极电压Vg；漏源电压Vds的变化趋势如图5所示，该图中横坐标轴表示时间t，纵坐标轴表示漏源电压Vds。

第一阶段（t1-t2）：当热插拔电路上电时，正电源连接电源输入接线端Vin，当使能接线端EN接低电平时，第四三极管T4导通，第五三极管T5关断，正电源通过第九电阻R9和第四三极管T4为电容C恒流充电，电容C两端电压线性增大；同时，第一三极管T1导通，第二电阻R2两端电压不为0。此阶段，MOS管M的栅极电压保持不变，栅源电压保持不变，漏源电压线性减小，电源输出接线端Vout的输出电压线性增大。

第二阶段（t2-t3）：正电源继续为电容C恒流充电，电容C两端电压继续线性增大，当第四电阻R4和第五电阻R5连接点处的电压即第二三极管T2的基极电压到达阈值时，第二三极管T2导通，但第三三极管T3仍然关断。此阶段，MOS管M的栅极电压开始线性减小，栅源电压开始线性减小，漏源电压继续减小至0，电源输出接线端Vout的输出电压继续增大。

第三阶段（t3-t4）：正电源继续为电容C恒流充电，电容C两端电压继续线性增大，当第六电阻R6和第七电阻R7连接点处的电压即第三三极管T3的基极电压到达阈值时，第三三极管T3导通，此阶段，MOS管M的栅极迅速减小至0，栅源电压迅速减小至正电源电压的负值，漏源电压一直为0，电源输出接线端Vout的输出电压继续增大至正电源电压。

可见，在热插拔电路中引入使能接线端EN，当使能接线端EN接低电平时，启动缓启动控制。在电路参数设计时，调节第一电阻R1的阻值可以改变MOS管M的栅漏电压在第一阶段的初始值，在一定范围内，第一电阻R1的阻值越大，MOS管M的栅漏电压在第一阶段的初始值越小，从而能够改变电源输出接线端Vout的输出电压的增大斜率；调节第四电阻R4和第五电阻R5的阻值比值，能够调节第一阶段的时间长度，在一定范围内，第四电阻R4和第五电阻R5的阻值比值越大，第一阶段的时间长度越短；调节第六电阻R6和第七电阻R7的阻值比值，能够调节第二阶段的时间长度，在一定范围内，第六电阻R6和第七电阻R7的阻值比值越大，第二阶段的时间长度越短；调节第三电阻R3和第六电阻R6的阻值，能够调节第三阶段的时间长度，在一定范围内，第三电阻R3阻值越大，第三阶段的时间长度越短，第六电阻R6的阻值越大，第三阶段的时间长度越长。可见，采用本发明实施例提供的热插拔电路在第一阶段能够线性提升电源输出接线端Vout的输出电压，提高了缓启动效果，第二阶段能够快速使MOS管完全导通，避免开通时的拖尾现象，不但能够较好的抑制上电冲击，而且可以缩短缓启动过程，减少MOS管的热量累积。并且，相对于现有技术对容性负载的适应性更强。

当热插拔电路断电时，先将使能接线端EN接高电平，第五三极管T5导通，第四三极管T4关断，电容C通过第十一电阻R11、第五三极管T5迅速放电；之后再切断正电源，完成热插拔电路的断电。

可见，采用本发明实施例的热插拔电路，在电路断电时能够实现迅速关断。

在电路上电或断电时，控制使能接线端EN接低电平或高电平的时间可以通过组件侧插接件针脚的长短实现。具体可以在组件侧插接件中，与使能接线端EN对应的针脚较短，与电源输入接线端Vin对应的针脚较长，与接地端GND对应的针脚最长，并将设备侧插接件中，与使能接线端EN对应的针脚接地。这样，在组件拔出设备时，可以实现在电源输入接线端Vin与正电源断开之前，使能接线端EN接高电平。

本发明实施例还提供一种接口电路，包括上述热插拔电路。

本发明实施例还提供一种电子设备组件，包括上述接口电路。

电子设备组件可以为各种板卡等。

综上所述，本发明实施例提供的热插拔电路，包括开关模块、电压控制模块、电容模块、充电模块和放电模块，其中：开关模块的第一端为电源输入接线端，开关模块的第二端为电源输出接线端，开关模块的第三端和电压控制模块的第五端相连；电路上电时，开关模块通过自身的导通过程控制电源输出接线端的输出电压逐渐变化至电源输入接线端的输入电压；电路断电时，开关模块通过自身的关断过程控制电源输出接线端的输出电压减小为零；电压控制模块的第一端为电源输入接线端，电压控制模块的第二端为接地端，电压控制模块的第三端为使能接线端，电压控制模块的第四端和电容模块的第一端、充电模块的第二端、放电模块的第一端相连；电路上电时，电压控制模块通过自身的第五端的输出电压控制开关模块的导通过程；电容模块的第二端为接地端；电路上电时，电容模块通过自身的两端电压控制电压控制模块的第五端的输出电压；充电模块的第一端为电源输入接线端，充电模块的第三端为使能接线端；电路上电时，充电模块用于为电容模块充电；放电模块的第二端为接地端，放电模块的第三端为使能接线端；电路断电时，放电模块用于为电容模块放电。采用本发明实施例提供的热插拔电路，能够在上电时提高缓启动效果、断电时迅速关断。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种热插拔电路，其特征在于，包括开关模块、电压控制模块、电容模块、充电模块和放电模块，其中：

所述开关模块的第一端为电源输入接线端，所述开关模块的第二端为电源输出接线端，所述开关模块的第三端和所述电压控制模块的第五端相连；所述电路上电时，所述开关模块通过自身的导通过程控制所述电源输出接线端的输出电压逐渐变化至电源输入接线端的输入电压；所述电路断电时，所述开关模块通过自身的关断过程控制所述电源输出接线端的输出电压减小为零；

所述电压控制模块的第一端为电源输入接线端，所述电压控制模块的第二端为接地端，所述电压控制模块的第三端为使能接线端，所述电压控制模块的第四端和所述电容模块的第一端、所述充电模块的第二端、所述放电模块的第一端相连；所述电路上电时，所述电压控制模块通过自身的第五端的输出电压控制所述开关模块的导通过程；

所述电容模块的第二端为接地端；所述电路上电时，所述电容模块通过自身的两端电压控制所述电压控制模块的第五端的输出电压；

所述充电模块的第一端为电源输入接线端，所述充电模块的第三端为使能接线端；所述电路上电时，所述充电模块用于为所述电容模块充电；

所述放电模块的第二端为接地端，所述放电模块的第三端为使能接线端；所述电路断电时，所述放电模块用于为所述电容模块放电。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关模块具体为P沟道型MOS管，所述P沟道型MOS管的漏极作为所述开关模块的第一端，所述P沟道型MOS管的源极作为所述开关模块的第二端，所述P沟道型MOS管的栅极作为所述开关模块的第三端。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电压控制模块包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一电阻、第二电阻，第三电阻、第四电阻，第五电阻、第六电阻和第七电阻，其中：

所述第二电阻的第一端和所述第三电阻的第一端相连，作为所述电压控制模块的第一端；

所述第五电阻的第二端、所述第七电阻的第二端、所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的发射极相连，作为所述电压控制模块的第二端；

所述第一电阻的第一端作为所述电压控制模块的第三端；

所述第四电阻的第一端和所述第六电阻的第一端相连，作为所述电压控制模块的第四端；

所述第一三极管的发射极、所述第二三极管的集电极和所述第二电阻的第二端相连，作为所述电压控制模块的第五端；

所述第一电阻的第二端和所述第一三极管的基极相连；

所述第四电阻的第二端、所述第五电阻的第一端、所述第二三极管的基极和所述第三三极管的发射极相连；

所述第六电阻的第二端、所述第七电阻的第一端和所述第三三极管的基极相连；

所述第三电阻的第二端和所述第三三极管的集电极相连。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一三极管具体为NPN型三极管，所述第二三极管具体为PNP型三极管，所述第三三极管具体为PNP型三极管。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述充电模块包括第四三极管、第八电阻和第九电阻，其中：

所述第九电阻的第一端作为所述充电模块的第一端；

所述第四三极管的集电极作为所述充电模块的第二端；

所述第八电阻的第一端作为所述充电模块的第三端；

所述第八电阻的第二端和所述第四三极管的基极相连；

所述第九电阻的第二端和所述第四三极管的发射极相连。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述第四三极管具体为NPN型三极管。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述放电模块包括第五三极管、第十电阻和第十一电阻，其中：

所述第十一电阻的第一端作为所述放电模块的第一端；

所述第五三极管的发射极作为所述放电模块的第二端；

所述第十电阻的第一端作为所述放电模块的第三端；

所述第十电阻的第二端和所述第五三极管的基极相连；

所述第十一电阻的第二端和所述第五三极管的集电极相连。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第五三极管具体为PNP型三极管。

9.一种接口电路，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的热插拔电路。

10.一种电子设备组件，其特征在于，包括权利要求9所述的接口电路。

Images