CN108494238B - 一种电源热插拔实现电路装置 - Google Patents

Abstract

一种电源热插拔实现电路装置包括：继电器、三极管、第一电容器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第六电阻器、电源接插件；所述电源接插件的正极连接至作为限流电阻的第一电阻器的第一端并且连接至所述继电器的常开触点，而且所述第一电阻器与继电器的常开触点并联，所述第一电阻器的第二端分别与所述第一电容器的第一端、所述继电器的线圈的第一端、所述第三电阻器的第一端、所述第二电阻器的第一端连接；所述第一电容器的第二端分别与所述第六电阻器的第二端、所述三极管的发射极连接；所述第二电阻器的第二端分别与所述第六电阻器的第一端、所述三极管的基极连接，所述继电器的线圈的第二端与所述三极管的集电极连接；所述第三电阻器的第二端与所述三极管的集电极连接；所述电源接插件的负极连接至所述三极管的发射极。

Description

一种电源热插拔实现电路装置

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种电源热插拔实现电路装置。

背景技术

随着开关电源技术的发展和广泛应用，对电源的功率输出即稳定性提出了更高的要求。在大功率和高可靠性的应用场合，单纯增加单电源的输出功率，不仅增加了设计难度，而且当电源出现故障不能保证输出稳定性时，整个系统将不能工作甚至会引起系统其它部分损坏或烧毁，难以保证系统的可靠性和安全性。多个功率较小的电源模块并联运行的分布式多电源系统可以较好的解决单一电源的可靠性和安全性的问题。并且分布式多电源系统可以再不中断系统工作的条件下更换出故障的电源模块和对系统进行扩容。为了达到这一目的，需要每个电源模块具有热插拔特性。

热插拔技术可在维持系统母线电压下，更换发生故障的功率电源模块，并保证系统中其它正常的功率模块仍可正常运行。在系统母线上进行热插拔时，最大的风险在于功率电源模块中的电容器会给电源造成一个低阻抗路径，从而引发大的浪涌电流。该浪涌电流可以损毁电路板上的电容、导线和连接器。因此，功率模块输出端要设计能够满足系统热插拔的软启动电路，以保证在大的浪涌电流冲击下，系统可以正常运行，功率电源模块可以正常启动。

目前，热插拔方法的实现多是通过控制芯片进行检测并控制电源回路的通断。该方案实现简单，热插拔的控制芯片很多。

然而，现有技术存在的问题在于：1)热插拔是由控制芯片来控制的，可靠受控制芯片的可靠性制约；2)电源回路的通断是由功率开关管控制的，不能实现功率的双向流动。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够解决电流双向流动的问题并且提高了热插拔的可靠性的电源热插拔实现电路装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种电源热插拔实现电路装置，包括：继电器、三极管、第一电容器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第六电阻器、电源接插件；所述电源接插件的正极连接至作为限流电阻的第一电阻器的第一端并且连接至所述继电器的常开触点，而且所述第一电阻器与继电器的常开触点并联，所述第一电阻器的第二端分别与所述第一电容器的第一端、所述继电器的线圈的第一端、所述第三电阻器的第一端、所述第二电阻器的第一端连接；所述第一电容器的第二端分别与所述第六电阻器的第二端、所述三极管的发射极连接；所述第二电阻器的第二端分别与所述第六电阻器的第一端、所述三极管的基极连接，所述继电器的线圈的第二端与所述三极管的集电极连接；所述第三电阻器的第二端与所述三极管的集电极连接；所述电源接插件的负极连接至所述三极管的发射极。

优选地，所述电源热插拔实现电路装置还包括第二电阻器和第四电阻器，其中所述第二电阻器的第一端连接至所述第一电阻器的第二端，所述第二电阻器的第二端连接至所述第四电阻器的第一端。

优选地，所述电源热插拔实现电路装置还包括第五电阻器，其中所述第五电阻器的第一端连接至所述第一电阻器的第二端，所述第五电阻器的第二端与所述继电器的线圈串联后与所述三极管的集电极连接。

优选地，第一电容器是功率模块中的电容。

优选地，所述电源热插拔实现电路装置还包括稳压管、第二电容器；其中，稳压管、第二电容器及第六电阻器并联后形成并联电路，并联电路的一端与第四电阻器和第二电阻器分别连接，并联电路的另一端与三极管的发射极连接。

优选地，所述电源热插拔实现电路装置还包括用于辅助功率电路的控制的光耦，而且光耦的输入端连接接入信号。

优选地，第六电阻器与光耦串联后与三极管的集电极连接。

优选地，所述电源热插拔实现电路装置的电源接插件连接至系统母线的电源接插件。

由此，本发明提出了一种安全可靠的电源热插拔实现方案，其中将电源回路上的功率开关管用功率继电器替代，解决了电流双向流动的问题，而且将控制芯片用具有缓冲作用的模拟电路替代，提高了热插拔的可靠性。本发明扩展了电源热插拔电路的应用范围，而且降低了系统成本。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1是根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置的示意图。

图2是根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置的示意图。

图3是根据本发明简化的优选实施例的电源热插拔实现电路装置的示意图。

图4是根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置的应用示例。

图5是根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置的另一应用示例。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

图1是根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置的示意图。图2示出了图1的另一等效电路。

如图1和图2所示，根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置包括限流回路、继电器模块、控制回路以及信号回路。其中，信号回路可以是一个光耦O，如图1和图2所示。需要说明的是在某些实施例中，可以去除用于辅助功率电路的控制的信号回路。而且，控制回路中的稳压管D1、第二电容器C2和第六电阻器R6组成的结构用于控制继电器K闭合的时间并保护三极管Q；实际上，在某些实施例中，可以去除控制回路中的稳压管D1、第二电容器C2和第六电阻器R6组成的结构。

具体地，如图1和图2所示，根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置可包括：继电器K、三极管Q、第一电容器C1、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第四电阻器R4、第五电阻器R5、稳压管D1及电源接插件J。

参考图1所示，电源接插件J的正极1连接至作为限流电阻的第一电阻器R1的第一端并且连接至继电器K的常开触点，而且第一电阻器R1与继电器K的常开触点并联，第一电阻器R1的第二端分别与第一电容器C1的第一端、第五电阻器R5的第一端、第三电阻器R3的第一端、第二电阻器R2的第一端连接。

第一电容器C1的第二端连接至三极管Q的发射极；第二电阻器R2的第二端连接至第四电阻器R4的第一端。

第四电阻器R4的第二端与三极管Q的基极连接，第五电阻器R5的第二端与继电器K的线圈串联后与三极管Q的集电极连接。

第三电阻器R3的第二端与三极管Q的集电极连接。

电源接插件J的负极2连接至三极管Q的发射极。

在优选的具体实施例中，如图1和图2所述，第一电容器C1是功率模块中的电容。

其中，设置限流电阻R1的目的是为了限制功率模块接入时的浪涌电流。而且，稳压管D1、第二电容器C2及第六电阻器R6的目的是为了控制继电器K闭合的时间并保护三极管Q。

优选地，参考图1所示，根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置还包括稳压管D1、第二电容器C2和第六电阻器R6；其中，稳压管D1、第二电容器C2及第六电阻器R6并联后形成并联电路，并联电路的一端与第四电阻器R4和第二电阻器R2分别连接，并联电路的另一端与三极管Q的发射极连接。

优选地，参考图1所示，根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置还包括光耦O，用于辅助功率电路的控制；而且光耦O的输入端连接接入信号。在这种情况下，第六电阻器R6与光耦O串联后与三极管Q的集电极连接。

当功率电源模块接入系统母线时，母线先通过一个限流电阻给功率电源模块中的电容(即，第一电容器C1)充电；当第一电容器C1上的电压达到接近母线电压时，通过缓冲电路控制功率继电器闭合，旁路掉限流电阻，实现功率电源模块的可靠的接入母线；通过光耦发出功率电源模块接入系统的信号；当功率电源模块退出系统母线时，功率电源模块中的电容的电量通过第二电阻器R2和第六电阻器R6释放掉，当功率电源模块中的电容的电压下降到一定程度时，继电器断开。

本发明通过限流电阻对功率电源模块中的电容充电，减少了浪涌电流对系统和功率电源模块的冲击；本发明采用分立元件，提高了热插拔的可靠性；本发明采用继电器，实现了电流的双向流动。

由此，本发明针对基于芯片控制热插拔的可靠性和不能实现电流的双向流动问题，提出了一种能够安全可靠实现电流双向流动的热插拔实现电路，其中通过限制功率电源模块接入系统时的浪涌电流，缓慢建立起功率电源模块中电容的电压，使其对系统不造成影响。

需要说明的是，在具体实施时，对于上述具体电路示例，稳压管D1、第二电阻器R2、第四电阻器R4、第五电阻器R5、和第二电容器C2等并非必要组件，而是可以用导线代替。也就是说，例如，所述第一电阻器R1的第二端实际上可以直接或间接连接至所述第四电阻器R4的第一端,所述继电器的线圈实际上可以直接或间接连接至第一电阻器R1。更具体地说，如图3所示，根据本发明简化的优选实施例的电源热插拔实现电路装置包括：继电器K、三极管Q、第一电容器C1、第一电阻器R1、第二电阻器R2、第三电阻器R3、第六电阻器R6、电源接插件J；所述电源接插件J的正极连接至作为限流电阻的第一电阻器R1的第一端并且连接至所述继电器K的常开触点，而且所述第一电阻器R1与继电器的常开触点并联，所述第一电阻器R1的第二端分别与所述第一电容器C1的第一端、所述继电器K的线圈的第一端、所述第三电阻器R3的第一端、所述第二电阻器R2的第一端连接；所述第一电容器的第二端分别与所述第六电阻器R6的第二端、所述三极管Q的发射极连接；所述第二电阻器R2的第二端分别与所述第六电阻器的第一端、所述三极管Q的基极连接，所述继电器K的线圈的第二端与所述三极管Q的集电极连接；所述第三电阻器R3的第二端与所述三极管Q的集电极连接；所述电源接插件J的负极连接至所述三极管Q的发射极。

图4是根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置的应用示例。在此应用中，多个并联的相同的电源模块需要接入系统母线。例如，多个双向DCDC功率电源模块接入系统母线。各个双向DCDC功率电源模块分别经由根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置连接至系统母线的电源接插件；即，电源热插拔实现电路装置的电源接插件J连接至系统母线的电源接插件。

图5是根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置的另一应用示例。在此应用中，多个并联的不同的电源模块需要接入系统母线。例如，双向DCDC功率电源模块、光伏功率电源模块和风机功率电源模块等分别需要接入系统母线。双向DCDC功率电源模块、光伏功率电源模块和风机功率电源模块等分别经由根据本发明优选实施例的电源热插拔实现电路装置连接至系统母线的电源接插件；即，电源热插拔实现电路装置的电源接插件J连接至系统母线的电源接插件。

综上所述，为了解决电流双向流动可靠的热插拔线路问题，本发明提出了一种安全可靠的电源热插拔实现方案，其中将电源回路上的功率开关管用功率继电器替代，解决了电流双向流动的问题，而且将控制芯片用具有缓冲作用的模拟电路替代，提高了热插拔的可靠性。本发明扩展了电源热插拔电路的应用范围，而且降低了系统成本。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种电源热插拔实现电路装置，其特征在于包括：继电器、三极管、第一电容器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第六电阻器、电源接插件；所述电源接插件的正极连接至作为限流电阻的第一电阻器的第一端并且连接至所述继电器的常开触点，而且所述第一电阻器与继电器的常开触点并联，所述第一电阻器的第二端分别与所述第一电容器的第一端、所述继电器的线圈的第一端、所述第三电阻器的第一端、所述第二电阻器的第一端连接；所述第一电容器的第二端分别直接与所述第六电阻器的第二端、所述三极管的发射极连接；所述第二电阻器的第二端分别与所述第六电阻器的第一端、所述三极管的基极连接，所述继电器的线圈的第二端与所述三极管的集电极连接；所述第三电阻器的第二端与所述三极管的集电极连接；所述电源接插件的负极连接至所述三极管的发射极。

2.如权利要求1所述的电源热插拔实现电路装置，其特征在于，第一电容器是功率模块中的电容。

3.如权利要求1或2所述的电源热插拔实现电路装置，其特征在于还包括第四电阻器，其中所述第二电阻器的第一端连接至所述第一电阻器的第二端，所述第二电阻器的第二端连接至所述第四电阻器的第一端,所述第四电阻器R4的第二端与三极管的基极连接。

4.如权利要求1或2所述的电源热插拔实现电路装置，其特征在于还包括第五电阻器，其中所述第五电阻器的第一端连接至所述第一电阻器的第二端，所述第五电阻器的第二端与所述继电器的线圈串联后与所述三极管的集电极连接。

5.如权利要求3所述的电源热插拔实现电路装置，其特征在于还包括稳压管和第二电容器；其中，稳压管、第二电容器及第六电阻器并联后形成并联电路，并联电路的一端与第四电阻器和第二电阻器分别连接，并联电路的另一端与三极管的发射极连接。

6.如权利要求1或2所述的电源热插拔实现电路装置，其特征在于还包括用于辅助功率电路的控制的光耦，而且光耦的输入端连接接入信号。

7.如权利要求1或2所述的电源热插拔实现电路装置，其特征在于，所述电源热插拔实现电路装置的电源接插件连接至系统母线的电源接插件。

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