CN104218927B - 缓启动电路及具有其的光模块 - Google Patents

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Abstract

本申请揭示了一种缓启动电路及具有其的光模块,其中,该缓启动电路具有电源输入端和负载输出端,并包括开关器件,串联在电源输入端和负载输出端之间;开关电压调节器以及与其连接的电流泄放通道,开关电压调节器被配置为在电源输入端断开时,控制电流泄放通道导通,以供负载输出端放电,并在电源输入端上电时,控制电流泄放通道关闭。本申请的技术方案通过在缓启动电路中配置电流泄放通道,当电源输入端断开时,通过开关电压调节器的控制,该电流泄放通道可以供负载输出端放电,故在机械抖动而造成的缓启动电路与电源输入端短时的上电过程中,开关器件不会及时响应导通,避免对负载输出端的供电,从而避免了对供电电源的电流冲击。

Description

缓启动电路及具有其的光模块
技术领域
[0001]本发明属于光通信技术领域,具体涉及一种缓启动电路、以及具有该缓启动电路 的光模块。
背景技术
[0002] 光通讯技术在现代社会中扮演着越来越重要的角色,在实际的应用环境中,为了 满足多路数据的传输需要,同一主机或线卡通常装有多路光模块,主机采用同一直流电源 对各光模块进行供电。为了保证光通讯的稳定性,当对其中的一个或多个光模块进行插入 或拔出时,诉求不能对供电电源产生电流冲击,以避免影响其它正在运行的光模块,甚至造 成通讯链路的故障。
[0003] 现有技术中,通常采用两种方式应对以上问题。一种是采用专用集成芯片,例如 Micrel公司的MIC2008芯片;另一种是采用低阻开关M0SFET管和RC延迟电路避免冲击电流。 在模块热插入或冷启动过程中这些电路能够有效抑制冲击电流,但这两者的共同缺陷是: 在光模块拔出过程中,由于电源信号连接器出现多次机械抖动,光模块会在短时间内与供 电电源之间发生数次的接通-断开的重复过程,在这个过程中,在光模块与供电电源短暂断 开的间隔内,光模块仍然带电,故在抖机械动而导致的其与供电电源瞬时接通的过程中,这 些芯片及延迟电路并不能起到延时启动光模块的作用,光模块会及时地响应并工作,造成 对供电电源的冲击。
发明内容
[0004] 本申请一实施例提供一种缓启动电路,用于避免光模块在插拔过程中对供电电源 的冲击,该缓启动电路具有电源输入端和负载输出端,并具体包括:
[0005] 开关器件,串联在所述电源输入端和所述负载输出端之间;
[0006] 开关电压调节器以及与其连接的电流泄放通道,所述开关电压调节器被配置为在 所述电源输入端断开时,控制所述电流泄放通道导通,以供所述负载输出端放电,并在所述 电源输入端上电时,控制所述电流泄放通道关闭。
[0007] 一实施例中,所述开关电压调节器包括高通滤波器以及与所述电流泄放通道连接 的通道开关器件,所述高通滤波器通过控制所述通道开关器件的导通和关闭进而控制所述 电流泄放通道的导通和关闭。
[0008] —实施例中,所述高通滤波器被配置为在所述电源输入端断开、且所述负载输出 端放电时控制所述通道开关器件导通。
[0009] 一实施例中,所述高通滤波器包括电容和第一限流电阻,所述电容的一端连接在 所述电源输入端和负载输出端之间、另一端通过所述第一限流电阻接地。
[0010] 一实施例中,所述电流泄放通道包括泄流器件,所述通道开关器件为NPN型三极 管,所述泄流器件为PNP型三极管,所述通道开关器件的发射极连接至所述电容和第一限流 电阻之间、基极接地、集电极连接至所述泄流器件的基极,所述泄流器件的发射极连接至所 述电源输入端、集电极接地。
[0011] —实施例中,所述开关电压调节器还包括电压限位器,所述电压限位器包括串联 在所述电源输入端和地之间的第二限流电阻和二极管,所述通道开关器件的基极通过所述 二极管接地。
[0012] —实施例中,所述开关器件为P沟道MOS管,所述开关器件的源极分别连接至所述 电源输入端和电容、漏极连接至所述负载输出端、栅极连接在所述电容和第一限流电阻之 间且与所述通道开关器件的发射极相连。
[0013] —实施例中,所述电压限位器被配置为在所述电源输入端正常工作时,所述开关 器件的导通电阻接近于零。
[0014] —实施例中,所述二极管为稳压二极管,所述稳压二极管被配置为在所述电源输 入端断开且所述开关器件关断前,工作在反向击穿状态。
[0015]在本申请一实施例还提供应用上述缓启动电路的光模块。
[0016]与现有技术相比,本申请的技术方案通过在缓启动电路中配置电流泄放通道,当 电源输入端断开时,通过开关电压调节器的控制,电流泄放通道可以供负载输出端放电,故 在机械抖动而造成的缓启动电路与电源输入端短时的上电过程中,开关器件不会及时响应 导通,避免对负载输出端的供电,从而避免了对供电电源的电流冲击。
附图说明
[0017]图1是本申请一实施例中缓启动电路的电路结构图;
[0018]图2是本申请又一实施例中缓启动电路的电路结构图。
具体实施方式
[0019]以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并 不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的 变换均包含在本发明的保护范围内。
[0020]应当理解的是,尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构, 但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分 开。例如,第一限流电阻可以被称为第二限流电阻,并且类似地第二限流电阻也可以被称为 第一限流电阻,这并不背离本发明的保护范围。
[0021]在不同的实施方式/实施例中,可能使用相同的标号或标记,但这并不代表在结构 或者功能上的联系,而仅仅是为了描述的方便。
[0022]同时,若非特别说明,以下实施方式/实施例中所提到的“电源输入端断开,,皆包括 电源输入端正常断开以及在插拔过程中,由于机械抖动而引起的电源输入端短时间内多次 的瞬时断开;类似地,所提到的“电源输入端上电”也皆包括电源输入端正常上电以及在插 拔过程中,由于机械抖动而引起的电源输入端短时间内多次的瞬时上电。
[0023]参图1,介绍本申请缓启动电路100的一具体实施方式。在本实施方式中,该缓启动 电路包括开关器件P1、开关电压调节器20以及电流泄放通道10。
[0024]缓启动电路100具有电源输入端Vs jn和负载输出端Vs_out,其中,负载输出端vs out连接有一负载电容C46,下文所称的负载输出端vs_〇ut的放电实质上即是指该负载电g C46的放电过程。
[0025]开关电压调节器20与电流泄放通道10连接,该开关电压调节器2〇被配置为在电源 输入端Vs jn断开时,控制电流泄放通道10导通,以供负载输出端Vs_〇ut放电,并在电源输 入端Vs_in上电时,控制电流泄放通道10关闭。
[0026] 开关电压调节器20包括RC高通滤波器(未标示)以及与电流泄放通道1〇连接的通 道开关器件U2,该高通滤波器通过控制通道开关器件U2的导通和关闭进而控制电流泄放通 道10的导通和关闭。在本实施方式中,高通滤波器被配置为在电源输入端Vs jn断开,且负 载输出端Vs_out放电时控制通道开关器件U2导通。此处采用高通滤波器和通道开关器件U2 的配合来控制电流泄放通道10的导通与关闭,这样可以显著减少元件数量,降低成本,并提 高电流泄放通道10的反应速度。在不考虑成本和反应速度的情况下,本领域技术人员也可 以采用监测模块和控制元件相组合的方式来控制电流泄放通道10的导通与关闭。例如,监 测模块用于监测电源输入端Vs_in的电压或者电流,控制模块根据监测模块监测到的电压 或者电流情况控制电流泄放通道10的导通与关闭。此处不对此种实施方式进行详细的描 述。
[0027]具体地,高通滤波器包括电容C14和第一限流电阻R15,电容C14的一端连接在电源 输入端Vs jn和负载输出端Vs_out之间,另一端通过第一限流电阻R15接地。
[0028] 一实施例中,电流泄放通道10包括泄流器件U3,通道开关器件U2为NPN型三极管, 泄流器件U3为PNP型三极管。通道开关器件U2的发射极连接至电容C14和第一限流电阻R15 之间,基极接地,集电极连接至泄流器件U3的基极。该泄流器件U3的发射极连接至电源输入 端Vs jn,集电极接地。
[0029]开关器件P1串联在电源输入端Vs_in和负载输出端Vs_out之间,在本实施方式中, 该开关器件P1 为P沟道M0S管(PM0S,Positive Channel Metal Oxide Semiconductor ),该 P沟道MOS管的源极和漏极分别连接至电源输入端Vsjn和负载输出端VsjuUP沟道MOS管 具有较低的导通电阻,适应于此处开关器件的应用。开关电压调节器20还用于在电源输入 端Vs jn电压变化时控制开关器件P1的开闭。具体地,开关器件P1的源极分别连接至电源输 入端Vs jn和电容C14,漏极连接至负载输出端Vs_out,栅极连接至电容C14和第一限流电阻 R15之间且与通道开关器件U2的发射极相连。
[0030] 具体工作原理如下:
[0031] 在电源输入端Vs jn上电时,电源输入端Vs jn提供一逐渐上升的电压,此处的上 电时间一般为毫秒级。此时开关器件P1的源极电压随电源输入端Vs jn电压的抬升而升高。 配置电容C14和第一限流电阻R15组成的滤波器的时间常数在几百毫秒,使得电容C14两端 的电压在此阶段同步抬升,使开关器件pr源极和栅极之间的压差保持接近于零的状态,开 关器件P1维持关断。
[0032] 在电源输入端Vs jn电压逐渐稳定后,由于电源输入端Vs jn采用直流供电,电容 C14接地的一端的电压会逐渐下降至地电位,在此过程中,开关器件P1的源极电压保持与电 源输入端Vs jn的电压一致,进而使得开关器件的源极和栅极之间的压差逐渐突破开关器 件P1的开启电压,开关器件P1的导通程度也逐渐增加,直至完全导通后,开关器件P1的导通 电阻接近于零。
[0033]在此过程中,通道开关器件U2的基极为地电位,而发射极的电压由高电位逐渐降 低至地电位,通道开关器件U2处于反偏,并保持截止状态,泄流器件U3未导通,电流泄放通 道10保持关闭。
[0034] 在电源输入端Vs_in断开时,负载输出端Vs_out开始放电,负载输出端Vs_out电压 下降,同时,由于电容C14和第一限流电阻R15组成的滤波器的时间常数很大,电容C14放电 速度很慢,其两端电压基本保持不变,使得电容C14与通道开关器件U2发射极耦合的一端的 电压下降至负电压,进而使得通道开关器件U2导通,泄流器件U3也随之导通,电流泄放通道 10可供负载输出端Vs_out放电。而该放电过程会导致通道开关器件U2的发射极电压增速下 降,通道开关器件U2的导通程度增加,进而促使泄流器件U3的导通程度增加,这样的正反馈 会促使电流泄放通道1〇加速负载输出端Vs_out的放电,故即使在电源输入端Vs jn由于机 械抖动而引起的电源输入端Vs jn短暂断开的时间内,负载输出端Vs_〇ut也会充分放电。
[0035] 另一方面,在负载输出端Vs_out通过电流泄放通道10放电的同时,电容C14也通过 泄流器件U3和通道开关器件U2放电。合理配置泄流器件U3的放大倍数⑴=Ic/Ib,即集电极 电流与基极电流的比值,例如取3为负载电容C46与滤波电容C14比值的1.5〜3倍),使得电容 C14的放电速度略小于负载电容C46的放电速度,从而使得泄放通道保持畅通,直至电容C14 放电至其压降不足以支持开关器件P1导通时,开关器件P1逐渐关断,电流泄放通道1〇随之 关断,结束放电过程。
[0036]在机械插拔而引起的电源输入端Vs_in的电压抖动过程中,由于第一次抖动而导 致的电源输入端Vs jn断开的短时间内,负载输出端Vs_out己经充分放电,使得开关器件P1 转换至关断状态,故此时电压抖动中的电源接通过程不会导致开关器件P1的导通,进而避 免对供电电源造成冲击。
[0037]参图2,介绍本申请缓启动电路100的又一具体实施方式。与上述实施方式不同的 是,在本实施方式中,开关电压调节器20包括高通滤波器21、通道开关器件U2、以及电压限 位器22,该电压限位器22包括串联在电源输入端Vs jn和地之间的第二限流电阻R86和二极 管U4,通道开关器件U2的基极通过该二极管U4接地。电压限位器22被配置为在电源输入端 Vs_in正常工作时,使开关器件P1的导通电阻接近于零。
[0038] 具体工作原理如下: t〇〇39]在电源输入端Vs_in上电时,电源输入端Vs jn提供一逐渐上升的电压,此处的上 电时间一般为毫秒级。此时开关器件P1的源极电压随电源输入端Vs_in电压的抬升而升高。 配置电容C14和第一限流电阻R15组成的滤波器的时间常数在几百毫秒,使得电容C14两端 的电压在此阶段保持一致,使开关器件P1源极和栅极之间的压差保持接近于零的状态,开 关器件P1维持关断。
[0040] 在电源输入端Vs_in的电压逐渐提升至稳定的过程中,电压限位器22中的二极管 U4导通,通道开关器件U2的基极电压与二极管U4上电压相等,通道开关器件U2处于较低的 导通状态。同时,由于电源输入端Vs jn采用直流供电,电容C14接地的一端的电压会逐渐下 降至与通道开关器件U2的发射极电压相等,而开关器件的源极电压等于电源输入端Vsjn 电压,电压限位器22中的二极管U4被配置为使此时开关器件P1的源极和栅极之间的电压差 可以维持开关器件P1的完全导通。
[0041]在此过程中,通道开关器件U2的低导通状态并不足以充分开启泄流器件U3,电流 泄放通道10保持关闭。
[0042] 在电源输入端Vs jn断开时,负载输出端Vs_out开始放电,负载输出端Vs_out电压 下降,同时,由于电容C14和第一限流电阻R15组成的滤波器的时间常数很大,电容C14放电 速度很慢,其两端电压基本保持不变,使得电容C14与通道开关器件U2发射极耦合的一端的 电压下降,使得通道开关器件U2从低导通状态进入相对较高的导通状态,泄流器件U3也随 之导通,电流泄放通道1〇可供负载输出端Vs_out放电;而放电过程会导致通道开关器件U2 的发射极电压增速下降,通道开关器件U2的导通程度增加,进而促使泄流器件U3的导通程 度增加,这样的正反馈会促使电流泄放通道10加速负载输出端Vs_〇ut的放电,故即使在电 源输入端Vs_in由于机械抖动而引起的电源输入端Vs_in短暂断开的时间内,负载输出端 Vs_out也会充分放电。
[0043] 另一方面,在负载输出端Vs_out通过电流泄放通道10放电的同时,电容C14也通过 泄流器件U3和通道开关器件U2放电。合理配置泄流器件U3的放大倍数〇3=Ic/Ib,即集电极 电流与基极电流的比值,例如取P为负载电容C46与滤波电容C14比值的1.5〜3倍),使得电容 C14的放电速度略小于负载电容C46的放电速度,从而使得泄放通道保持畅通,直至电容C14 放电至其压降不足以支持开关器件P1导通时,开关器件P1逐渐关断,电流泄放通道10随之 关断,结束放电过程。
[0044] 在机械插拔而引起的电源输入端Vs jn的电压抖动过程中,由于第一次抖动而导 致的电源输入端Vs_in断开的短时间内,负载输出端Vs_out己经充分放电,使得开关器件P1 变为关断状态,故此时电压抖动过程中的电压提升不会导致开关器件P1的导通,进而避免 对供电电源造成冲击。
[0045] 在此实施方式中,由于配置了电压限位器22,在电路正常工作时,电压限位器22中 的二极管U4已提供通道开关器件U2的基极一正向的偏压,故通道开关器件U2更易导通,进 而使电流泄放通道10放电响应更加迅速。
[0046] 一实施例中,该二极管U4为稳压二极管,该稳压二极管被配置为在电源输入端Vs_ in断开且开关器件P1关断前,工作在反向击穿状态。由此带来的好处是,稳压二极管可以提 供通道开关器件U2的基极一固定的偏压,维持通道开关器件U2的导通程度不变,进而便于 控制开关器件P1的导通程度。
[0047]本领域技术人员可以理解的是,通过将二极管U4替换为分压电阻或者其它合适的 用来进行分压的器件也能够实现本申请的功能。另外,通过在一个缓启动电路中设置彼此 并联的两个高通滤波器,其中一个高通滤波器用于控制开关器件的栅极电压并进而控制该 开关器件的导通和关断,其中另一高通滤波器用于控制通道开关器件的导通和关断,以优 化本申请缓启动电路的工作性能。或者,为了保护泄流器件U3,而将泄流器件U3与一个限流 电阻相串联。以上示范的实施方式均为本领域的惯常变化手段,均应是本申请所保护的范 围。
[0048]本申请还提供采用如上各实施方式及实施例中所提到的缓启动电路100的光模 块,但由于此处并不涉及对光模块其它部分的改进,故在此对光模块的实施方式也不做赘 述。
[0049]本申请的技术方案通过在缓启动电路中配置电流泄放通道,当电源输入端断开 时,通过开关电压调节器的控制,电流泄放通道可以供负载输出端放电,故在机械抖动而造 成的缓启动电路与电源输入端短时的上电过程中,开关器件不会及时响应导通,避免对负 载输出端的供电,从而避免了对供电电源的电流冲击。
[0050]应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一 个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说 明书作为一个整体,各实施方式中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。
[0051]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种缓启动电路,具有电源输入端和负载输出端,其特征在于,所述缓启动电路包 括: > 开关器件,串联在所述电源输入端和所述负载输出端之间; 开关电压调节器以及与其连接的电流泄放通道,所述开关电压调节器被配置为在所述 电源输入端断开时,控制所述电流泄放通道导通,以供所述负载输出端放电,放电结束,所 述开关器件关断,所述电流泄放通道关断;并在所述电源输入端上电时,所述开关电压调节 器控制所述电流泄放通道关闭和所述开关器件导通;所述电流泄放通道与所述负载端串 联,所述负载输出端、开关器件和电流泄放通道形成串联回路。
2. 根据权利要求1所述的缓启动电路,其特征在于,所述开关电压调节器包括高通滤波 器以及与所述电流泄放通道连接的通道开关器件,所述高通滤波器通过控制所述通道开关 器件的导通和关闭进而控制所述电流泄放通道的导通和关闭。
3. 根据权利要求2所述的缓启动电路,其特征在于,所述高通滤波器被配置为在所述电 源输入端断开、且所述负载输出端放电时控制所述通道开关器件导通。
4. 根据权利要求3所述的缓启动电路,其特征在于,所述高通滤波器包括电容和第一限 流电阻,所述电容的一端连接在所述电源输入端和负载输出端之间、另一端通过所述第一 限流电阻接地。
5. 根据权利要求4所述的缓启动电路,其特征在于,所述电流泄放通道包括泄流器件, 所述通道开关器件为NPN型三极管,所述泄流器件为PNP型三极管,所述通道开关器件的发 射极连接至所述电容和第一限流电阻之间、基极接地、集电极连接至所述泄流器件的基极, 所述泄流器件的发射极连接至所述电源输入端、集电极接地。
6. 根据权利要求5所述的缓启动电路,其特征在于,所述开关电压调节器还包括电压限 位器,所述电压限位器包括串联在所述电源输入端和地之间的第二限流电阻和二极管,所 述通道开关器件的基极通过所述二极管接地。
7. 根据权利要求6所述的缓启动电路,其特征在于,所述开关器件为P沟道MOS管,所述 开关器件的源极分别连接至所述电源输入端和电容、漏极连接至所述负载输出端、栅极连 接在所述电容和第一限流电阻之间且与所述通道开关器件的发射极相连。
8. 根据权利要求6所述的缓启动电路,其特征在于,所述电压限位器被配置为在所述电 源输入端正常工作时,所述开关器件的导通电阻接近于零。
9. 根据权利要求6所述的缓启动电路,其特征在于,所述二极管为稳压二极管,所述稳 压二极管被配置为在所述电源输入端断开且所述开关器件关断前,工作在反向击穿状态。
10. —种光模块,其特征在于,包括如上任一项所述的缓启动电路。
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