CN103064376B - 集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机架式设备功能模块热插拔控制系统。本发明现有技术针对功能模块热插拔控制电路成本高的缺点，公开了一种集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，在保证控制功能模块缓慢上电效果良好可靠的前提下降低成本。本发明的技术方案是，集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，包括控制电路和开关器件，所述控制电路与驱动电压连接，所述开关器件串联在电压输入端，其控制端与控制电路连接，所述电压输入端连接设备主电源，所述控制电路包括第一电阻、第二电阻和电容，所述第一电阻与第二电阻串联，所述第一电阻接驱动电压，第二电阻接地，所述电容与第二电阻并联，所述电容非接地端与开关器件控制端连接。本发明主要用于通讯设备。

Description

集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及通信领域中集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统。

背景技术

现代通信设备中，机架式/非隔离低压背板供电的设备越来越普遍，这类设备的功能模块通常都由设备集中供电，其最大优点就是供电部分可以节省隔离DC/DC（直流-直流）转换器成本，功能模块可随用户需求灵活配置。同时为了方便使用，这些功能模块均可在机架上进行热插拔（带电插拔功能模块）。功能模块支持热插拔需要解决的技术问题之一就是在插拔过程中对设备整机的电源系统不能造成强干扰，以免影响其它正在正常运行的功能模块。功能模块插入背板后，通过Vin电源总线与设备主电源连接，由相应电源进行供电，如图1所示。设备主电源模块仅负责供电，因此为了避免插拔功能模块对电源系统及其他功能模块的影响，目前的机架式通信设备在功能模块上普遍采用专用热插拔控制器芯片，再配合CMOS（互补金属氧化物）场效应管Q来控制功能模块插入机架设备时的上电过程，对储能电容C进行充电，使功能模块缓慢上电，如图2所示。这种控制方式虽然效果不错，也比较可靠，但每个功能模块都需要专用热插拔控制器芯片进行缓上电控制，结果造成材料成本升高和系统结构复杂的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对功能模块热插拔控制电路成本高的缺点，提供一种集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，在保证控制功能模块缓慢上电效果良好可靠的前提下降低成本。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，包括控制电路和开关器件，所述控制电路与驱动电压连接，所述开关器件串联在电压输入端，其控制端与控制电路连接，所述电压输入端连接设备主电源，其特征在于，所述控制电路包括第一电阻、第二电阻和电容，所述第一电阻与第二电阻串联，所述第一电阻接驱动电压，第二电阻接地，所述电容与第二电阻并联，所述电容非接地端与开关器件控制端连接。

本发明以简单的电阻分压电容充电电路进行功能模块缓上电控制，与采用专用热插拔控制器芯片的现有技术相比，成本大大降低，控制电路结构简单。对于功能模块比较多的系统，成本效益非常显著。

具体的，所述开关器件为场效应晶体管，所述场效应晶体管漏极和源极串联在电压输入端，其栅极为开关器件控制端。

优选的，所述场效应晶体管为N沟道场效应晶体管。

采用场效应晶体管（通常为CMOS场效应晶体管，或简称为场效应晶体管），特别是N沟道场效应晶体管，非常适合本发明的控制电路结构，而且场效应晶体管具有功率容量大、取材方便、成本低的优点。

或者，所述开关器件为双极型晶体管，所述双极型晶体管集电极和发射极串联在电压输入端，其基极为开关器件控制端。

采用双极型晶体管，与本发明的控制电路配合，也可以实现功能模块缓上电控制，可以作为本发明的一种备选方案。

具体的，所述电容为瓷片电容。

选用瓷片电容具有成本低、漏电小体积小的特点。

进一步的，所述驱动电压高于输入端的工作电源电压。

采用较高的驱动电压进行分压充电，可以比较方便地满足开关器件的控制要求，特别适合采用场效应晶体管或双极型晶体管的技术方案。

具体的，所述驱动电压高于输入端的工作电源电压3~12V。

驱动电压高于功能模块输入端的工作电源电压3~12V，可以满足大多数开关器件参数要求，方便电路设计和开关器件的选择。

推荐的，所述驱动电压由设备主电源通过升压电路升压得到。

利用设备主电源通过升压电路升压产生驱动电压，不但可以最大限度降低系统成本，而且系统结构也比较简单。

具体的，所述升压电路由DC-DC变换器构成。

DC-DC变换器集成电路技术成熟，外围电路简单，参数规格选择范围大，为本发明升压电路的首先。

进一步的，所述DC-DC变换器输出端连接有隔离二极管。

DC-DC变换器输出端连接隔离二极管，可以防止电流倒灌对设备主电源产生不良影响，是一种简单有效的单向隔离技术。

本发明的有益效果是，以简单的电阻电容组成控制电路，对功能模块进行缓上电控制。具有电路实现简单、材料成本低、运行安全可靠的特点。

附图说明

图1是集中供电机架式设备功能模块间电源连接示意图；

图2是现有技术功能模块上的热插拔控制电路示意图；

图3是采用本发明技术的功能模块间电源连接示意图；

图4是实施例电路结构示意图；

图5是升压电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

机架式设备对功能模块的控制非常精细，一台机架式设备正常运行时，如果新插入一个功能模块，设备控制单元不会允许其立即上电运行，而是首先允许其部分功能先缓慢上电，然后对其身份进行合法性认证，认证通过且设备电力资源充足时才控制其启动运行。也就是一个功能模块热插入机架式设备时，分成两个阶段的上电控制过程，第一阶段主要是对功能模块电源输入端储能电容充电过程的控制，该储能电容的容量一般较大，如果不对其充电过程进行控制，当插入设备时，瞬间的充电电流会给设备主电源造成很强冲击，引起对其它正常运行功能模块的干扰。第二阶段是功能模块业务处理功能部分的上电缓启动控制，由于电源输入端储能电容储备电能的辅助作用，因此第二阶段的上电过程将不会给设备主电源造成冲击。本发明主要针对功能模块第一阶段的上电控制过程，该过程由于主要针对功能模块电源输入端储能电容充电过程的控制，而充电过程时序要求不严格，完全可以对该部分控制电路进行简化设计。

本发明的技术方案需要在机架式设备的电源模块上，产生一个驱动电压Vopen，通常可以由设备主电源通过升压电路升压得到，如利用技术成熟的DC-DC变换器集成电路等进行升压。该驱动电压Vopen通常高于设备主电源输出的功能模块工作电压Vin，根据开关器件的不同，通常驱动电压Vopen应比工作电压Vin高3~12V。驱动电压Vopen输送到设备背板上的Vopen电源总线，各功能模块插入设备与Vopen电源总线连接，作为热插拔控制电路的高压工作电源，如图3所示。本发明的设备背板上，除了原有的设备主电源Vin电源总线，还多了一条驱动电压Vopen电源总线。

实施例

本例功能模块热插拔控制电路结构如图4所示，开关器件采用N沟道COMS场效应晶体管Q，控制电路由第一电阻R1、第二电阻R2和电容C1构成。第一电阻R1一端接驱动电压，另一端与第二电阻R2连接，第二电阻R2另一端接地，电容C1与第二电阻R2并联，第一电阻R1与第二电阻R2连接点（即电容C1的非接地端）与作为开关器件控制端的场效应晶体管Q的栅极连接，场效应晶体管Q的漏极和源极串联在电压输入端。本例中，电阻R1、R2可以选用普通的金属膜电阻，电容C1选用瓷片电容。图4中电阻R0为场效应晶体管Q栅极的限流电阻，起保护作用。

依据N沟道CMOS场效应管Q的特性，当其栅极G的电压大于源极S的电压且超过一定门限值时（该门限值与CMOS场效应晶体管的参数相关），该CMOS场效应晶体管Q开始导通，随着电压VGS（栅极-源极电压）的逐渐升高，CMOS场效应晶体管Q也将逐渐完全导通，即VGS的缓慢上升，可控制CMOS场效应晶体管的缓慢导通，使输入端电压Vin（即功能模块的工作电压）对储能电容C的充电过程缓慢进行。当功能模块插入正在正常运行的机架式设备时，由于刚插入的功能模块CMOS场效应晶体管栅极电压为0，所以不导通，插入槽位后，Vopen开始通过电阻R1对电容C1充电，电容C1上的电压与CMOS场效应管Q的栅极电压相等，随着电容C1上的充电电压的上升，CMOS场效应晶体管逐渐导通，实现对储能电容C的缓慢充电控制，使新插入的功能模块不会对设备主电源产生冲击，电容C1上的最大电压=Vopen×R2/(R1+R2)。

本发明中的各器件参数关系如下：

VGS=Vopen×R2/(R1+R2)-Vin=n(n值是一个与实际CMOS场效应晶体管型号相关的一个特性值，一般在3~12之间)，实际设计时，需要依据器件选择及Vopen电压来计算电阻R1、R2和电容C1的参数值。

本发明使用电阻电容充放电控制CMOS场效应晶体管缓慢导通，还有一个额外优点，就是由于电阻电容充电过程比较缓慢，具有天然的抗功能模块插入时引起的抖动干扰功能，对保持CMOS场效应晶体管的控制导通非常有益。

尽管Vopen电压比设备主电源电压Vin要高出3~12V，但由于CMOS场效应晶体管属于电压控制型器件，因此Vopen电源总线上的负载非常轻，总负载功率很小，可以在机架式设备电源模块上集中产生，再通过背板电源总线方式输送到各功能模块。如图5所示，在通常电源模块的输出端，并接一个简单的升压电路（如DC-DC变换器），输出驱动电压Vopen通过二极管D的隔离后，直接连接到设备背板的Vopen电源总线上，向各功能模块输出高压工作电源。隔离二极管D的作用是防止电流倒灌。

将上述实施例中的CMOS场效应晶体管Q换成NPN双极型晶体管，其集电极、发射极和基极分别对应于CMOS场效应晶体管Q的漏极、源极和栅极，也可以实现本发明的缓上电控制。

Claims (10)

1.集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，包括控制电路和开关器件，所述控制电路与驱动电压连接，所述开关器件串联在电压输入端，其控制端与控制电路连接，所述电压输入端连接设备主电源，其特征在于，所述驱动电压由设备主电源通过升压电路升压得到，所述控制电路包括第一电阻、第二电阻和电容，所述第一电阻与第二电阻串联，所述第一电阻接驱动电压，第二电阻接地，所述电容与第二电阻并联，所述电容非接地端与开关器件控制端连接。

2.根据权利要求1所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述开关器件为场效应晶体管，所述场效应晶体管漏极和源极串联在电压输入端，其栅极为开关器件控制端。

3.根据权利要求2所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述场效应晶体管为N沟道场效应晶体管。

4.根据权利要求1所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述开关器件为双极型晶体管，所述双极型晶体管集电极和发射极串联在电压输入端，其基极为开关器件控制端。

5.根据权利要求1所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述电容为瓷片电容。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述驱动电压高于输入端的工作电源电压。

7.根据权利要求6所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述驱动电压高于输入端的工作电源电压3～12V。

8.根据权利要求6所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述驱动电压由设备主电源通过升压电路升压得到。

9.根据权利要求8所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述升压电路由DC-DC变换器构成。

10.根据权利要求9所述的集中供电机架式设备功能模块热插拔控制系统，其特征在于，所述DC-DC变换器输出端连接有隔离二极管。