CN103034608B - 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、电容模块、电容控制模块和限流模块，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容模块的第二端、电容控制模块的第四端、限流模块的第一端相连；电容模块的第一端为电源输出接线端；电容控制模块的第一端为电源输入接线端，电容控制模块的第二端为接地端，电容控制模块的第三端为使能接线端；限流模块的第二端为接地端。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、电容模块、电容控制模块和限流模块，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容模块的第二端、所述电容控制模块的第四端、所述限流模块的第一端相连；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；

所述电容模块的第一端为电源输出接线端；所述电路上电时，所述电容模块通过自身的放电过程控制所述开关模块的导通过程；

所述电容控制模块的第一端为电源输入接线端，所述电容控制模块的第二端为接地端，所述电容控制模块的第三端为使能接线端；所述电路上电时，所述电容控制模块用于控制所述电容模块处于充电状态或放电状态；

所述限流模块的第二端为接地端；所述电路上电时，所述限流模块用于抑制电路中的电流冲击；所述电路断电时，所述限流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，电容控制模块控制电容模块处于充电状态或放电状态，使得电容模块通过放电过程，控制开关模块的导通过程，即可以控制开关模块的导通时长，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长，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1提供的正电源热插拔电路的详细结构图；

图4为本发明实施例1提供的正电源热插拔电路的MOS管的漏极电流变化趋势示意图；

图5为本发明实施例1提供的正电源热插拔电路的输出变化趋势示意图；

图6为本发明实施例2提供的负电源热插拔电路的详细结构图。

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，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、电容模块102、电容控制模块103和限流模块104，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的第三端和电容模块102的第二端、电容控制模块103的第四端、限流模块104的第一端相连；电容模块102的第一端为电源输出接线端Vout；电容控制模块103的第一端为电源输入接线端Vin，电容控制模块102的第二端为接地端GND，电容控制模块103的第三端为使能接线端EN；限流模块104的第二端为接地端GND。

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；电容模块102通过自身的放电过程控制开关模块101的导通过程；电容控制模块103用于控制电容模块102处于充电状态或放电状态；限流模块104用于抑制电路中的电流冲击。

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；限流模块104用于为电容模块102放电。

本发明实施例提供的热插拔电路既适用于正电源输入的场合，也适用于负电源输入的场合。下面分别用具体实施例对两种场合下的热插拔电路进行详细说明。

实施例1：

本发明实施例1提供了一种正电源热插拔电路，包括开关模块101、电容模块102、电容控制模块103和限流模块104，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的第三端和电容模块102的第二端、电容控制模块103的第四端、限流模块104的第一端相连；电容模块102的第一端为电源输出接线端Vout；电容控制模块103的第一端为电源输入接线端Vin，电容控制模块102的第二端为接地端GND，电容控制模块103的第三端为使能接线端EN；限流模块104的第二端为接地端GND。

本发明实施例1提供的正电源热插拔电路详细结构如图3所示。

开关模块101具体为第一MOS管M1。进一步的，第一MOS管M1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。

电容模块102包括串联的第六电阻R6和电容C。

电容控制模块103包括第一三极管T1、第二三极管T2、第一电阻R1和第二电阻R2，其中：第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端和第一三极管T1的发射极相连，作为电容控制模块103的第一端；第二三极管T2的发射极作为电容控制模块103的第二端；第一电阻R1的第二端和第二三极管T2的基极相连，作为电容控制模块103的第三端；第一三极管T1的集电极作为电容控制模块103的第四端；第二电阻R2的第二端、第二三极管T2的集电极和第一三极管T1的基极相连。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。

限流模块104具体为第七电阻R7。

为了进一步说明本发明实施例1提供的热插拔电路，下面对其工作原理进行详细阐述，该热插拔电路中MOS管的漏极电流Id的变化趋势如图4所示，该图中横坐标轴表示时间t，纵坐标轴表示漏极电流Id；该热插拔电路的输出电压V的变化趋势如图5所示，该图中横坐标轴表示时间t，纵坐标轴表示输出电压V。

当热插拔电路上电时，使能接线端EN接高电平或悬空，正电源连接电源输入接线端Vin，通过第一电阻R1、第二电阻R2供电至第二三极管T2，第二三极管T2导通；同时，正电源也供电至第一三极管T1，第一三极管T1导通；正电源通过第一三极管T1、第六电阻R6为电容C反向充电。此时，第一MOS管M1的栅源电压为0，漏极电流为0，第一MOS管M1关断，电源输出接线端Vout的输出电压为0。

电容C充电完成后，再将使能接线端EN接低电平，第二三极管T2关断，第一三极管T1关断；此时，电容C开始通过第六电阻R6、第七电阻R7放电，第一MOS管M1的栅源电压开始逐渐减小至正电源电压的负值。

当第一MOS管M1的栅源电压在0至开启电压间时，漏极电流为0，第一MOS管M1关断，电源输出接线端Vout的输出电压为0；当第一MOS管M1的栅源电压在开启电压至米勒平台电压间时，漏极电流开始线性增大，但第一MOS管M1仍然关断，电源输出接线端Vout的输出电压为0；当第一MOS管M1的栅源电压达到米勒平台电压之后，漏极电流不再变化，第一MOS管M1开始导通，电源输出接线端Vout的输出电压开始线性增大，此时，正电源为电容C正向充电。

米勒平台结束后，漏极电流为0，第一MOS管M1完全导通，电源输出接线端Vout的输出电压约为正电源电压。

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，通过设计电容C的大小可以改变电路上电后MOS管的米勒平台的持续时间，在一定范围内，电容C越大，MOS管的米勒平台的持续时间越长，即可以改变缓启动控制的有效时间及输出电压的增大斜率，能够提高缓启动效果。并且，本发明实施例的热插拔电路也改变了冲击电流的幅值，相对于现有技术对容性负载的适应性更强，经多次仿真实验证明，在缓启动控制的有效时间相同、缓启动控制效果相同的前提下，采用本实施例中提供的热插拔电路对容性负载适应范围至少是现有技术中热插拔电路对容性负载适应范围的1.5倍，而且，能够使电源上电冲击波形呈现矩形，控制更加直接方便。

当热插拔电路断电时，先将使能接线端EN接高电平，第二三极管T2导通，第一三极管T1导通，第一MOS管M1关断，电容C通过第六电阻R6、第七电阻R7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。

较佳的，第一三极管T1的基极可以通过一个电阻和第二电阻R2的第二端、第二三极管T2的集电极相连，进一步提高限流效果。

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，在组件插入设备时，可以实现在电源输入接线端Vin与正电源连接之后，使能接线端EN接低电平；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。

具体实施中，C可以取10nF左右，调节第一电阻R1、第二电阻R2和第七电阻R7阻值使第一三极管T1和第二三极管T2工作在饱和状态，第六电阻R6可以取2kΩ左右。

上述实施例1中提供的热插拔电路适用于正直流电源输入的场合，对上述热插拔电路进行简单变型也可以适用于负直流电源输入的场合，下述实施例2对适用于负直流电源输入场合的热插拔电路进行详细说明。

实施例2：

本发明实施例2提供了一种热插拔电路，包括开关模块101、电容模块102、电容控制模块103和限流模块104，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的第三端和电容模块102的第二端、电容控制模块103的第四端、限流模块104的第一端相连；电容模块102的第一端为电源输出接线端Vout；电容控制模块103的第一端为电源输入接线端Vin，电容控制模块102的第二端为接地端GND，电容控制模块103的第三端为使能接线端EN；限流模块104的第二端为接地端GND。

本发明实施例2提供的负电源热插拔电路详细结构如图6所示。

开关模块101具体为第二MOS管M2。进一步的，第二MOS管M2为N沟道型MOS管，N沟道型MOS管的漏极作为开关模块101的第一端，N沟道型MOS管的源极作为开关模块101的第二端，N沟道型MOS管的栅极作为开关模块101的第三端。

电容模块102包括串联的第六电阻R6和电容C。

电容控制模块103包括第三三极管T3、第四三极管T4、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，其中：第三电阻R3的第一端、第四三极管T4的发射极和第三三极管T3的发射极相连，作为电容控制模块103的第一端；第四电阻R4的第二端作为电容控制模块103的第二端；第五电阻R5的第一端作为电容控制模块103的第三端；第三三极管T3的集电极作为电容控制模块103的第四端；第五电阻R5的第二端、第三电阻R3的第二端和第四三极管T4的基极相连；第四三极管T4的集电极、第四电阻R4的第一端和第三三极管T3的基极相连。进一步的，第三三极管T3具体为PNP型三极管，第四三极管T4具体为PNP型三极管。

限流模块104具体为第七电阻R7。

为了进一步说明本发明实施例2提供的热插拔电路，下面对其工作原理进行详细阐述。

当热插拔电路上电时，负电源连接电源输入接线端Vin，通过第三电阻R3、第四电阻R4供电至第四三极管T4，第四三极管T4导通；同时，负电源也供电至第三三极管T3，第三三极管T3导通；负电源通过第三三极管T3、第六电阻R6为电容C正向充电。此时，第二MOS管M2的栅源电压为0，漏极电流为0，第二MOS管M2关断，电源输出接线端Vout的输出电压为0。

电容C充电完成后，再将使能接线端EN接低电平，第四三极管T4关断，第三三极管T3关断；此时，电容C开始通过第六电阻R6、第七电阻R7放电，第二MOS管M2的栅源电压开始逐渐增大至负电源电压的绝对值。

当第二MOS管M2的栅源电压在0至开启电压间时，漏极电流为0，第二MOS管M2关断，电源输出接线端Vout的输出电压为0；当第二MOS管M2的栅源电压在开启电压至米勒平台电压间时，漏极电流开始线性增大，但第二MOS管M2仍然关断，电源输出接线端Vout的输出电压为0；当第二MOS管M2的栅源电压达到米勒平台电压之后，漏极电流不再变化，第二MOS管M2开始导通，电源输出接线端Vout的输出电压开始线性减小，此时，负电源为电容C反向充电。

米勒平台结束后，漏极电流为0，第二MOS管M2完全导通，电源输出接线端Vout的输出电压约为负电源电压。

当热插拔电路断电时，先将使能接线端EN接高电平，第四三极管T4导通，第三三极管T3导通，第二MOS管M2关断，电容C通过第六电阻R6、第七电阻R7迅速放电；之后再切断负电源，完成热插拔电路的断电。

较佳的，第三三极管T3的基极可以通过一个电阻和第四电阻R4的第一端、第四三极管T4的集电极相连，进一步提高限流效果。

本发明实施例还提供一种接口电路，包括上述图2、图3或图6任一所示的热插拔电路。

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、电容模块、电容控制模块和限流模块，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容模块的第二端、电容控制模块的第四端、限流模块的第一端相连；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；电容模块的第一端为电源输出接线端；电路上电时，电容模块通过自身的放电过程控制开关模块的导通过程；电容控制模块的第一端为电源输入接线端，电容控制模块的第二端为接地端，电容控制模块的第三端为使能接线端；电路上电时，电容控制模块用于控制电容模块处于充电状态或放电状态；限流模块的第二端为接地端；电路上电时，限流模块用于抑制电路中的电流冲击；电路断电时，限流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 (9)

1.一种热插拔电路，其特征在于，包括开关模块、电容模块、电容控制模块和限流模块，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容模块的第二端、所述电容控制模块的第四端、所述限流模块的第一端相连；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；

所述电容模块的第一端为电源输出接线端；所述电路上电时，所述电容模块通过自身的放电过程控制所述开关模块的导通过程；

所述电容控制模块的第一端为电源输入接线端，所述电容控制模块的第二端为接地端，所述电容控制模块的第三端为使能接线端；所述电路上电时，所述电容控制模块用于控制所述电容模块处于充电状态或放电状态；

所述限流模块的第二端为接地端；所述电路上电时，所述限流模块用于抑制电路中的电流冲击；所述电路断电时，所述限流模块用于为所述电容模块放电；

所述开关模块为MOS管，所述MOS管的漏极作为所述开关模块的第一端，所述MOS管的源极作为所述开关模块的第二端，所述MOS管的栅极作为所述开关模块的第三端；

当所述电源输入接线端连接正电源时，所述电容控制模块包括第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻，其中：所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端和所述第一三极管的发射极相连，作为所述电容控制模块的第一端；所述第二三极管的发射极作为所述电容控制模块的第二端；所述第一电阻的第二端和所述第二三极管的基极相连，作为所述电容控制模块的第三端；所述第一三极管的集电极作为所述电容控制模块的第四端；所述第二电阻 的第二端、所述第二三极管的集电极和所述第一三极管的基极相连；

当所述电源输入接线端连接负电源时，所述电容控制模块包括第三三极管、第四三极管、第三电阻、第四电阻和第五电阻，其中：所述第三电阻的第一端、所述第四三极管的发射极和所述第三三极管的发射极相连，作为所述电容控制模块的第一端；所述第四电阻的第二端作为所述电容控制模块的第二端；所述第五电阻的第一端作为所述电容控制模块的第三端；所述第三三极管的集电极作为所述电容控制模块的第四端；所述第五电阻的第二端、所述第三电阻的第二端和所述第四三极管的基极相连；所述第四三极管的集电极、所述第四电阻的第一端和所述第三三极管的基极相连。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述电源输入接线端连接正电源时，所述开关模块具体为P沟道型MOS管。

3.如权利要求1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。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述电源输入接线端连接负电源时，所述开关模块具体为N沟道型MOS管。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第三三极管具体为PNP型三极管，所述第四三极管具体为PNP型三极管。

6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电容模块包括串联的第六电阻和电容。

7.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述限流模块具体为第七电阻。

8.一种接口电路，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的热插拔电路。

9.一种电子设备组件，其特征在于，包括权利要求8所述的接口电路。