CN103227630B - 一种适用于大工作电流的热插拔方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大工作电流的热插拔方法，包括：将器件拆分为关键电路和次要电路；获取流经器件关键电路的实时电流；比较所述实时电流与预设值的大小，当所述实时电流大于所述预设值时，生成开关控制信号，关断所述器件关键电路和次要电路；当所述实时电流小于所述预设值时，释放所述开关控制信号，触发所述器件关键电路和次要电路同步工作。本发明通过将器件拆分为关键电路和次要电路，能够实现在大工作电流下安全的对器件进行热插拔。本发明还公开了一种适用于大工作电流的热插拔电路。

Description

一种适用于大工作电流的热插拔方法及电路

技术领域

本发明涉及热插拔技术领域，更具体地说，涉及一种适用于大工作电流的热插拔方法及电路。

背景技术

热插拔，即带电插拔，就是允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出或更换损坏的硬盘、电源或系统中某一单板等部件，从而提高系统对灾难的及时恢复能力和系统的扩展性和灵活性。

当需更换或安装新的硬盘、电源或单板时，无法将整个正在工作的系统完全断电，故需带电插拔硬盘，电源或单板。以带电插拔单板为例，如图1所示，虚线框内表示底板，底板通过连接器Jn+1，引入电源，单板1-n通过连接器J1-Jn插入到底板上，Jn+1引入的电源对底板以及插入底板的各单板同时供电。

在插入前底板已上电，底板或与底板相联的其他单板上的电容都完全充电，在插入时，插入单板上电容快速充电，将产生一较大的瞬时电流，此瞬时电流可能会对插入单板上一些IC器件造成损坏，同时底板与底板上和其他单板上的电容放电，可能会导致底板与其他单板电压下降，长期出现此现象将可能会对插入或拔出的单板本身造成损坏降低其使用寿命，同时也可能导致系统中其他的单板出现异常进而影响整个系统的安全运行。可见为保证系统安全运行，需有专门的热插拔电路去抑制单板热插拔时出现的瞬时大电流。

热插拔电路主要作用就是抑制该瞬时大电流，如图2所示，即为目前广泛使用的热插拔电路方案，该方案为一热插拔集成芯片与其外围的电路构成，Rs为监测电阻，K1为可控的MOSFET开关，首先热插拔电路监测Rs两端的电压，当流过Rs的电流超过热插拔门限电流时，其两端电压也将超过设定值，此时热插拔电路将输出一开关控制信号，该信号断开开关K1，直到流过Rs的电流减小到低于热插拔门限电流，其两端电压低于设定值，热插拔电路释放开关控制信号，K1重新闭合，单板进而正常运行。

但是，现有热插拔电路通过I=U/Rs（U为图2中Rs两端电压值，I为热插拔门限电流）此公式来设定热插拔门限电流，当超过I值时，K1开关被断开。

一般热插拔电路由一集成的IC芯片与其外围电路构成，U值受到IC芯片本身工艺限制大部分取值范围为50～100mV，当电流阈值为1A时，Rs取值范围为50～100mΩ，此范围电阻值较常见，该规格热插拔电路较易实现，但是电路正常工作时的电流超过10A时，为保证电路正常使用，电流阈值应超过10A，此时Rs取值范围将变为5～10mΩ，此范围电阻值价格昂贵，同时PCB板走线本身也具有一定的阻值（为mΩ级），可见要实现此种规格的热插拔电路不仅需昂贵的高精度低阻值电阻还需在PCB布局布线时额外考虑，需保证热插拔电路与Rs之间的走线电阻尽可能小以防止热插拔门限电流偏离设定值。

从上述分析中可看到，使用上述的设计要实现大电流情况下的热插拔功能在成本和PCB工艺上都提出了很高的要求，很多情况下上述的要求都是无法实现的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于大工作电流的热插拔方法及电路，能够实现在大工作电流下安全的对器件进行热插拔。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种适用于大工作电流的热插拔方法，包括：

将器件拆分为关键电路和次要电路；

获取流经器件关键电路的实时电流；

比较所述实时电流与预设值的大小，当所述实时电流大于所述预设值时，生成开关控制信号，关断所述器件关键电路和次要电路；

当所述实时电流小于所述预设值时，释放所述开关控制信号，触发所述器件关键电路和次要电路同步工作。

优选地，所述获取流经器件内部关键电路的实时电流具体为：

通过控制器采集监测电阻两端的电压；

根据所述监测电阻两端的电压获得流经器件关键电路的实时电流。

优选地，所述比较所述实时电流与预设值的大小具体为：

通过所述控制器比较所述实时电流与预设值的大小。

优选地，所述生成开关控制信号，关断所述器件内部关键电路和次要电路具体为：

当所述实时电流大于所述预设值时，所述控制器生成开关控制信号，控制可控开关关断所述器件关键电路和次要电路。

优选地，所述释放所述开关控制信号，触发所述器件关键电路和次要电路同步工作具体为：

当所述实时电流小于所述预设值时，所述控制器释放所述开关控制信号，所述可控开关触发所述器件关键电路和次要电路同步工作。

一种适用于大工作电流的热插拔电路，包括：器件的关键电路、器件的次要电路和控制电路；其中：

所述控制电路分别与所述器件的关键电路和器件的次要电路电连接；

所述控制电路获取流经所述器件的关键电路的实时电流，并比较所述实时电流与预设值的大小；

当所述实时电流大于所述预设值时，所述控制电路生成开关控制信号，关断所述器件的关键电路和次要电路；

当所述实时电流小于所述预设值时，所述控制电路释放所述开关控制信号，触发所述器件的关键电路和次要电路同步工作。

优选地，所述控制电路包括：控制器、监测电阻、第一可控开关和第二可控开关；其中：

所述监测电阻一端与电源电连接，另一端与所述第一可控开关和所述器件的关键电路依次串连接；

所述第二可控开关一端与电源电连接，另一端与所述器件的次要电路电连接；

所述控制器并联于所述监测电阻两端，并分别与所述第一可控开关和第二可控开关电连接；

所述控制器采集所述监测电阻两端的电压，根据所述电压获得流经所述器件的关键电路的实时电流，并比较所述实时电流与所述预设值的大小；

当所述实时电流大于所述预设值时，所述控制器生成开关控制信号，控制所述第一可控开关和第二可控开关关断所述器件的关键电路和次要电路；

当所述实时电流小于所述预设值时，所述控制器释放所述开关控制信号，所述第一可控开关和第二可控开关触发所述器件的关键电路和次要电路同步工作。

优选地，所述电路还包括保险丝；

所述保险丝一端与电源电连接，另一端与所述第二可控开关电连接，为所述器件的次要电路提供过流保护。

优选地，所述第一可控开关为MOSFET开关。

优选地，所述第二可控开关为MOSFET开关。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的适用于大工作电流的热插拔方法，通过将器件拆分为关键电路和次要电路，获取流经器件的关键电路的实时电流，比较实时电流与预设值的大小，当实时电流大于预设值时，生成开关控制信号，关断器件的关键电路和次要电路；当实时电流小于预设值时，释放开关控制信号，触发器件的关键电路和次要电路同步工作。由于通过将器件拆分为了关键电路和次要电路，使得次要电路分去了电源的大部分电流，关键电路只使用了小部分电流，实现了在大工作电流下安全的对器件进行热插拔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的底板与单板的连接图；

图2为现有热插拔电路图；

图3为本发明实施例公开的一种适用于大工作电流的热插拔方法的流程图；

图4为本发明实施例公开的一种适用于大工作电流的热插拔电路的结构示意图；

图5为本发明另一实施例公开的一种适用于大工作电流的热插拔电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种适用于大工作电流的热插拔方法及电路，能够实现在大工作电流下安全的对器件进行热插拔。

如图3所示，一种适用于大工作电流的热插拔方法，包括：

S101、将器件拆分为关键电路和次要电路；

S102、获取流经器件关键电路的实时电流；

S103、比较所述实时电流与预设值的大小，当所述实时电流大于所述预设值时，生成开关控制信号，关断所述器件关键电路和次要电路；

S104、当所述实时电流小于所述预设值时，释放所述开关控制信号，触发所述器件关键电路和次要电路同步工作。

具体的，获取流经器件内部关键电路的实时电流具体为：

通过控制器采集与关键电路串联的监测电阻两端的电压；

根据所述监测电阻两端的电压获得流经器件关键电路的实时电流。

具体的，比较所述实时电流与预设值的大小具体为：

通过所述控制器比较所述实时电流与预设值的大小。

具体的，生成开关控制信号，关断所述器件内部关键电路和次要电路具体为：

当所述实时电流大于所述预设值时，所述控制器生成开关控制信号，控制可控开关关断所述器件关键电路和次要电路。

具体的，释放所述开关控制信号，触发所述器件关键电路和次要电路同步工作具体为：

当所述实时电流小于所述预设值时，所述控制器释放所述开关控制信号，所述可控开关触发所述器件关键电路和次要电路同步工作。

在上述实施例中，热插拔的目的主要是保护器件内部的关键器件不被大电流损坏，因此，首先将器件拆分为关键电路和次要电路，使得次要电路分去了电源的大部分电流，器件的关键电路只使用了小部分电流。

通过控制器采集监测电阻两端的电压，从而比较流经关键电路的电流与预设值的大小，当实时电流大于预设值时，控制器生成开关控制信号，控制可控开关关断器件的关键电路和次要电路，当实时电流小于预设值时，控制器释放开关控制信号，可控开关触发器件的关键电路和次要电路同步工作。

如图4所示，为本发明公开的一种适用于大工作电流的热插拔电路，包括：器件的关键电路201、器件的次要电路202和控制电路203；其中：

控制电路203分别与器件的关键电路201和器件的次要电路202电连接；

控制电路203获取流经器件的关键电路201的实时电流，并比较所述实时电流与预设值的大小；

当所述实时电流大于所述预设值时，控制电路203生成开关控制信号，关断器件的关键电路201和次要电路202；

当所述实时电流小于所述预设值时，控制电路203释放所述开关控制信号，触发器件的关键电路201和次要电路202同步工作。

在上述实施例中，器件的关键电路是指器件内部的关键器件，器件的次要电路是指器件的负载或器件内部的辅助性且耗能较大对器件整体影响不大的电路。

通过将器件拆分为关键电路和次要电路，可使得在大工作电流时，流经关键电路的电流只是电源的小部分电流，从而实现在大工作电流下安全的对器件进行热插拔。

如图5所示，为本发明另一实施例公开的一种适用于大工作电流的热插拔电路，包括：控制器301、监测电阻302、第一可控开关303、第二可控开关304、保险丝305、器件的关键电路306和器件的次要电路307；其中：

监测电阻302一端与电源电连接，另一端与第一可控开关303和器件的关键电路306依次串连接；

保险丝305一端与电源电连接，另一端与第二可控开关304和器件的次要电路307依次串联；

保险丝305为器件的次要电路307提供过流保护；

控制器301并联于监测电阻302两端，并分别与第一可控开关303和第二可控开关304电连接；

控制器301采集监测电阻302两端的电压，根据所述电压获得流经器件的关键电路306的实时电流，并比较所述实时电流与所述预设值的大小；

当所述实时电流大于所述预设值时，控制器301生成开关控制信号，控制第一可控开关303和第二可控开关304关断器件的关键电路306和次要电路307；

当所述实时电流小于所述预设值时，控制器301释放所述开关控制信号，第一可控开关303和第二可控开关304触发器件的关键电路306和次要电路307同步工作。

具体的，第一可控开关303和第二可控开关304均可以为MOSFET开关。

在上述实施例中，将电源进行划分后，使得器件的次要电路307分去了电源耗费的大部分电流，器件的关键电路306只使用了小部分电流，当流经监测电阻302的电流超过热插拔门限电流时，其两端电压高于设定值时，即流经器件的关键电路306的电流大于预设值时，控制器301输出的开关控制信号将第一可控开关303与第二可控开关304同时断开直到流过监测电阻302的电流低于热插拔门限电流，从而实现保护内部电路的作用。

由于第一可控开关303和第二可控开关304受到同一控制信号控制，当电流超过热插拔门限电流时，控制器301输出开关控制信号令器件的关键电路306的供电断开，同时器件的次要电路307的供电也将断开，上述做法可保证器件的关键电路306与器件的次要电路307同步工作，不会出现器件的关键电路306不工作而器件的次要电路307工作导致现场出现不可控或不安全的情况。

器件的次要电路307主要通过保险丝305实现热插拔时的过流保护功能，根据之前的划分器件的次要电路307主要实现驱动外部负载或者内部次要的不影响整体性能的器件，所以当这部分电路出现电流异常时，不应影响器件的关键电路306，故此时器件的关键电路306供电保持原状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种适用于大工作电流的热插拔方法，其特征在于，包括：

将器件拆分为关键电路和次要电路，使得在大工作电流时，流经所述关键电路的电流为电源的小部分电流；

获取流经器件关键电路的实时电流；

比较所述实时电流与预设值的大小，当所述实时电流大于所述预设值时，生成开关控制信号，关断所述器件关键电路和次要电路；

当所述实时电流小于所述预设值时，释放所述开关控制信号，触发所述器件关键电路和次要电路同步工作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取流经器件内部关键电路的实时电流具体为：

通过控制器采集监测电阻两端的电压；

根据所述监测电阻两端的电压获得流经器件关键电路的实时电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述比较所述实时电流与预设值的大小具体为：

通过所述控制器比较所述实时电流与预设值的大小。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述生成开关控制信号，关断所述器件内部关键电路和次要电路具体为：

当所述实时电流大于所述预设值时，所述控制器生成开关控制信号，控制可控开关关断所述器件关键电路和次要电路。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述释放所述开关控制信号，触发所述器件关键电路和次要电路同步工作具体为：

当所述实时电流小于所述预设值时，所述控制器释放所述开关控制信号，所述可控开关触发所述器件关键电路和次要电路同步工作。

6.一种适用于大工作电流的热插拔电路，其特征在于，包括：器件的关键电路、器件的次要电路和控制电路；其中：

所述控制电路分别与所述器件的关键电路和器件的次要电路电连接，使得在大工作电流时，流经所述关键电路的电流为电源的小部分电流；

所述控制电路获取流经所述器件的关键电路的实时电流，并比较所述实时电流与预设值的大小；

当所述实时电流大于所述预设值时，所述控制电路生成开关控制信号，关断所述器件的关键电路和次要电路；

当所述实时电流小于所述预设值时，所述控制电路释放所述开关控制信号，触发所述器件的关键电路和次要电路同步工作。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述控制电路包括：控制器、监测电阻、第一可控开关和第二可控开关；其中：

所述监测电阻一端与电源电连接，另一端与所述第一可控开关和所述器件的关键电路依次串连接；

所述第二可控开关一端与电源电连接，另一端与所述器件的次要电路电连接；

所述控制器并联于所述监测电阻两端，并分别与所述第一可控开关和第二可控开关电连接；

所述控制器采集所述监测电阻两端的电压，根据所述电压获得流经所述器件的关键电路的实时电流，并比较所述实时电流与所述预设值的大小；

当所述实时电流大于所述预设值时，所述控制器生成开关控制信号，控制所述第一可控开关和第二可控开关关断所述器件的关键电路和次要电路；

当所述实时电流小于所述预设值时，所述控制器释放所述开关控制信号，所述第一可控开关和第二可控开关触发所述器件的关键电路和次要电路同步工作。

8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述电路还包括保险丝；

所述保险丝一端与电源电连接，另一端与所述第二可控开关电连接，为所述器件的次要电路提供过流保护。

9.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第一可控开关为MOSFET开关。

10.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述第二可控开关为MOSFET开关。