CN106020407A

CN106020407A - 一种负载开关设计方法及负载开关

Info

Publication number: CN106020407A
Application number: CN201610322336.9A
Authority: CN
Inventors: 于云杰
Original assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Current assignee: Inspur Electronic Information Industry Co Ltd
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2016-10-12

Abstract

本发明提供了一种负载开关设计方法及负载开关，该方法包括：确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值；根据所述浪涌电流的值确定软启动电容的目标容值；在负载开关的栅极对地接入具有所述目标容值的软启动电容。根据本方案，通过在负载开关的栅极对地接入软启动电容，由于负载开关中包括充电电容，该充电电容需要形成电势差之后才会打开，在对负载开关上电时，充电电荷可以分布到软启动电容上，使得充满负载开关中充电电容的时间加长，打开负载开关MOS管的时间变慢，进而降低负载开关在上电瞬间的浪涌电流，提高存储服务器的稳定性。

Description

一种负载开关设计方法及负载开关

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别涉及一种负载开关设计方法及负载开关。

背景技术

近年来，随着互联网技术的飞速发展，存储服务器的相关设计技术日益完善，同时存储服务器为了满足更高的需求其设计也更加复杂。在存储服务器的电源设计中，为了满足不同的供电时序要求，负载开关架构被广泛应用。目前的负载开关设计架构在上电的瞬间会出现浪涌电流过大的问题，该问题可能会造成前端集成电路过电流保护，从而导致整个服务器都无法开机的问题，严重影响存储服务器的稳定性。

发明内容

本发明实施例提供了一种负载开关设计方法及负载开关，以降低负载开关在上电瞬间的浪涌电流。

第一方面，本发明实施例提供了一种负载开关设计方法，包括：

确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值；

根据所述浪涌电流的值确定软启动电容的目标容值；

在负载开关的栅极对地接入具有所述目标容值的软启动电容。

优选地，所述确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值，包括：

利用如下公式计算负载开关在上电瞬间浪涌电流的值：

I = \frac{C_{0} \times d (V)}{d (t)}

其中，I用于表征所述浪涌电流的值；C₀用于表征负载开关中输出电容的容值；d(V)用于表征所述输出电容的正极电压；d(t)用于表征所述浪涌电流上升时间。

利用示波器的电流探头量测负载开关在上电瞬间后端电流的值，将量测的该后端电流的值作为所述浪涌电流的值。

优选地，所述根据所述浪涌电流的值确定软启动电容的目标容值，包括：

根据所述浪涌电流的值，计算负载开关开启的最大允许时间；

根据所述最大允许时间，计算所述软启动电容的目标容值。

优选地，所述计算负载开关开启的最大允许时间，包括：

通过下式计算负载开关开启的最大允许时间：

\frac{C_{0} \times V_{0}}{t s s} > = \frac{I}{2}

其中，tss用于表征负载开关开启的最大允许时间；I用于表征所述浪涌电流的值；C₀用于表征负载开关中输出电容的容值；V₀用于表征输出电压。

优选地，所述计算所述软启动电容的目标容值，包括：

利用下式计算所述软启动电容的目标容值：

t s s = R \times C_{1} \times l n \frac{V_{g}}{V_{g} - V_{t}}

其中，C₁用于表征所述软启动电容的目标容值；tss用于表征负载开关开启的最大允许时间；R用于表征与负载开关的栅极相对应的电阻阻值；V_g用于表征负载开关的栅极对应的最终电压；V_t用于表征负载开关的栅极对应的瞬时电压。

优选地，在所述在负载开关的栅极对地接入具有所述目标容值的软启动电容之后，进一步包括：对负载开关进行上电，验证上电瞬间的浪涌电流。

优选地，验证得到的上电瞬间的浪涌电流为13A。

第二方面，本发明实施例还提供了一种负载开关，其特征在于，利用上述任一所述的负载开关设计方法设计所得。

本发明实施例提供了一种负载开关设计方法及负载开关，通过在负载开关的栅极对地接入软启动电容，由于负载开关中包括充电电容，该充电电容需要形成电势差之后才会打开，在对负载开关上电时，充电电荷可以分布到软启动电容上，使得充满负载开关中充电电容的时间加长，打开负载开关MOS管的时间变慢，进而降低负载开关在上电瞬间的浪涌电流，提高存储服务器的稳定性。

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是本发明一个实施例提供的一种方法流程图；

图2是本发明一个实施例提供的另一种方法流程图；

图3是本发明一个实施例提供的增加软启动电容之前的负载开关示意图；

图4是本发明一个实施例提供的对图3的负载开关进行的仿真示意图；

图5是本发明一个实施例提供的增加软启动电容之后的负载开关示意图；

图6是本发明一个实施例提供的对图5的负载开关进行的仿真示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种负载开关设计方法，该方法可以包括以下步骤：

步骤101：确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值；

步骤102：根据所述浪涌电流的值确定软启动电容的目标容值；

步骤103：在负载开关的栅极对地接入具有所述目标容值的软启动电容。

由于电容在充电时，电容的正端会聚集大量的正电荷，当电荷数到达一定程度之后，会存在一个电势差，其中电容的Q＝It，时间越短，电流会越大；因此，为了降低负载开关上电瞬间的电流，可以将充电的时间拉长。

因此，根据上述实施例，通过在负载开关的栅极对地接入软启动电容，由于负载开关中包括充电电容，该充电电容需要形成电势差之后才会打开，在对负载开关上电时，充电电荷可以分布到软启动电容上，使得充满负载开关中充电电容的时间加长，打开负载开关MOS管的时间变慢，进而降低负载开关在上电瞬间的浪涌电流，提高存储服务器的稳定性。

在本发明一个实施例中，为了提高浪涌电流确定的效率，可以通过如下公式计算负载开关在上电瞬间浪涌电流的值：

I = \frac{C_{0} \times d (V)}{d (t)}

在本发明一个实施例中，为了保证确定的负载开关在上电瞬间浪涌电流的值的准确性，可以通过如下方式确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值：

由于利用示波器的电流探头量测出的浪涌电流的值更加准确，因此，在本发明一个实施例中，还可以利用示波器对上述公式计算出的浪涌电流的值进行验证，以验证计算出的浪涌电流值是否准确。

由于在负载开关的栅极处增加的软启动电容的容值对负载开关的浪涌电流同样存在影响，在本发明一个实施例中，可以根据浪涌电流的值确定软启动电容的目标容值，该方式可以包括如下内容：

根据所述最大允许时间，计算所述软启动电容的目标容值。

在本发明一个实施例中，可以通过下式计算负载开关开启的最大允许时间：

\frac{C_{0} \times V_{0}}{t s s} > = \frac{I}{2}

在本发明一个实施例中，可以利用下式计算所述软启动电容的目标容值：

t s s = R \times C_{1} \times l n \frac{V_{g}}{V_{g} - V_{t}}

下面通过一个具体的负载开关示例，对本发明实施例的负载开关设计方法进行详细说明。

如图2所示，本发明实施例提供了一种负载开关设计方法，该方法可以包括以下步骤：

步骤201：确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值。

请参考图3，为一种负载开关的示例，在该负载开关中，上电瞬间，其浪涌电流会非常大，造成开关器件的损坏。

其中，可以通过如下式(1)计算负载开关在上电瞬间浪涌电流的值：

I = \frac{C_{0} \times d (V)}{d (t)} - - - (1)

其中，输出电容值为图3所示电容C2和电容C3的并联值：

在本实施例中，还可以利用示波器的电流探头量测负载开关在上电瞬间后端电流的值，其中，该量测的后端电流的值为浪涌电流的值。其中，该后端电流的值为输出电容对应的电流值。

进一步地，可以通过示波器的电流探头量测负载开关的后端电流的值来对利用式(1)计算出的浪涌电流的值进行验证，以验证该计算出的浪涌电流的值是否正确。

步骤202：根据所述浪涌电流的值，计算负载开关开启的最大允许时间。

在本实施例中，可以通过如下式(2)计算负载开关开启的最大允许时间：

\frac{C_{0} \times V_{0}}{t s s} > = \frac{I}{2} - - - (2)

其中，该输出电压为并联在一起的C2和C3两端的电压。

步骤203：根据所述最大允许时间，计算所述软启动电容的目标容值。

在本实施例中，可以通过如下式(3)计算软启动电容的目标容值：

t s s = R \times C_{1} \times l n \frac{V_{g}}{V_{g} - V_{t}} - - - (3)

根据上述步骤201-203，对CH1＝P3V3、CH2＝P3V3_1、CH3＝Q1栅极电压、CH4＝浪涌电流，进行仿真，得到如图4所示的仿真结果，在该仿真结果中可以得到浪涌电流I最大为35A，负载开关开启的最大允许时间tss为0.6ms。

根据上述公式可以计算得到软启动电容C1对应的目标容值为0.22uF。

步骤204：在负载开关的栅极对地接入具有所述目标容值的软启动电容。

请参考图5，为增加了软启动电容C1之后的负载开关示意图。

步骤205：对负载开关进行上电，验证上电瞬间的浪涌电流。

因此，通过在负载开关的栅极对地接入软启动电容C1，由于负载开关中包括充电电容，该充电电容需要形成电势差之后才会打开，在对负载开关上电时，充电电荷可以分布到软启动电容上，使得充满负载开关中充电电容的时间加长，打开负载开关MOS管的时间变慢，进而降低负载开关在上电瞬间的浪涌电流，提高存储服务器的稳定性。

请参考图6，为对图5所示的负载开关进行仿真得到的仿真结果，根据该仿真结果可知，浪涌电流最大为13A。

本发明实施例还提供了一种负载开关，该负载开关是利用上述实施例中所述负载开关设计方法设计所得，得到的负载开关请参考图5。

综上，本发明各个实施例至少可以实现如下有益效果：

1、在本发明实施例中，通过在负载开关的栅极对地接入软启动电容，由于负载开关中包括充电电容，该充电电容需要形成电势差之后才会打开，在对负载开关上电时，充电电荷可以分布到软启动电容上，使得充满负载开关中充电电容的时间加长，打开负载开关MOS管的时间变慢，进而降低负载开关在上电瞬间的浪涌电流，提高存储服务器的稳定性。

2、在本发明实施例中，通过利用示波器的电流探头量测负载开关在上电瞬间后端电流的值，从而可以对计算得到的浪涌电流的值进行验证，以保证浪涌电流的准确性。

上述装置内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种负载开关设计方法，其特征在于，包括：

确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值；

根据所述浪涌电流的值确定软启动电容的目标容值；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值，包括：

利用如下公式计算负载开关在上电瞬间浪涌电流的值：

I = \frac{C_{0} \times d (V)}{d (t)}

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定负载开关在上电瞬间浪涌电流的值，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述浪涌电流的值确定软启动电容的目标容值，包括：

根据所述最大允许时间，计算所述软启动电容的目标容值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算负载开关开启的最大允许时间，包括：

通过下式计算负载开关开启的最大允许时间：

\frac{C_{0} \times V_{0}}{t s s} > = \frac{I}{2}

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算所述软启动电容的目标容值，包括：

利用下式计算所述软启动电容的目标容值：

t s s = R \times C_{1} \times \ln \frac{V_{g}}{V_{g} - V_{t}}

7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于，在所述在负载开关的栅极对地接入具有所述目标容值的软启动电容之后，进一步包括：对负载开关进行上电，验证上电瞬间的浪涌电流。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，验证得到的上电瞬间的浪涌电流为13A。

9.一种负载开关，其特征在于，利用上述权利要求1-8中任一所述的负载开关设计方法设计所得。