CN108932043A - 一种风扇板热插控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风扇板热插控制系统，包括风扇板、热插拔电压转换电路、风扇板连接器和风扇，所述风扇板的电压输出端与热插拔电压转换电路的输入端连接，热插拔电压转换电路的输出端与风扇板连接器连接，风扇板连接器与风扇连接；还包括负电压抑制模块，所述负电压抑制模块的一端分别与热插拔电路、风扇板连接器连接，负电压抑制模块的另一端接地。还公开了一种风扇热插控制方法，通过在风扇板输出端添加肖特基二极管抑制OUT管脚处产生的负电压，可实现在风扇由风扇板供电的应用场景下，安全进行所有风扇的热插操作，可以解决风扇热插时损坏风扇板控制芯片的问题。

Description

一种风扇板热插控制系统及方法

技术领域

本发明涉及风扇板供电技术领域，尤其是一种风扇板热插控制系统及方法。

背景技术

随着互联网等网络业务的迅猛发展，RACK服务器开始在许多领域广泛应用，在RACK服务器系统中，风扇是RACK服务器最主要的散热工具，更是不可或缺的重要部分。同时，用户对风扇的在线维护要求在不断提高，因此，热插拔线路也逐渐被广泛应用在RACK服务器的风扇板供电上面。

在RACK服务器系统中，通常需要对风扇和风扇板进行在线维护、更换工作。风扇板在RACK服务器节点中，采用整机柜铜排供电的方式，单个风扇板上面支持三个风扇工作。即：每个风扇板从整机柜的铜排上取电后，通过风扇板上的热插拔电压转换线路同时给三个风扇供电。

在对RACK服务器进行安装、维护时，有时候会有带电插风扇的动作，该动作会在风扇板的热插拔电压转换线路输出端上产生负电压，此负电压有可能会导致风扇板线路上控制给风扇供电的热插拔芯片Pin管脚损坏，进而导致风扇无法正常工作，给RACK服务器的安装维护工作带来很大麻烦。

发明内容

本发明的目的是提供一种风扇板热插控制系统及方法，避免风扇热插时出现风扇板损坏的情形。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种风扇板热插控制系统，包括风扇板、热插拔电压转换电路、风扇板连接器和风扇，所述风扇板的电压输出端与热插拔电压转换电路的输入端连接，热插拔电压转换电路的输出端与风扇板连接器连接，风扇板连接器与风扇连接；还包括负电压抑制模块，所述负电压抑制模块的一端分别与热插拔电路、风扇板连接器连接，负电压抑制模块的另一端接地。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述负电压抑制模块包括肖特基二极管，肖特基二极管的阳极接地，肖特基二极管的阴极分别与热插拔电路、风扇板连接器连接。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述热插拔电压转换电路包括MOS管和热插拔控制芯片，所述MOS管的控制端与热插拔控制芯片的输出端连接，MOS管的输入端与风扇连接器连接，MOS管的输出端与风扇板电压输出端连接。

结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述负电压抑制模块包括肖特基二极管，肖特基二极管的阳极接地，肖特基二极管的阴极与热插拔控制芯片的OUTpin管脚、风扇连接器连接。

本发明第二方面提供了风扇板热插控制方法，包括以下步骤：

抓取热插拔瞬间风扇板电压波形；

根据电压波形计算热插拔转换电路的最大压差，计算瞬时电流最大值；

选择导通电流大于瞬时电流最大值的肖特基二极管。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述根据电压波形计算热插拔转换电路的最大压差，估计瞬时电流最大值，具体包括：

根据热插拔瞬间风扇板电压波形，计算热插拔控制芯片的OUT pin管脚上产生的最大压差，根据使用手册获取风扇板连接器寄生电感感值L，压降瞬间持续的时间dt，计算热插拔时产生的瞬间电流Imax，即Imax＝(Vmax-Vmin)*dt/L。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明在风扇板热插拔供电设计中，采用在热插拔控制芯片OUT pin管脚处增加肖特基二极管，肖特基二极管的阴极接OUT pin管脚处，阳极接GND；当负压产生时，肖特基二极管因负压正向导通(电流从GND流向管脚)。从而当在肖特基二极管的OUT pin管脚处出现负压时，可将负电压的幅值抑制安全范围内，保护芯片管脚免遭损坏。通过在风扇板输出端添加肖特基二极管抑制OUT管脚处产生的负电压，可实现在风扇由风扇板供电的应用场景下，安全进行所有风扇的热插操作，可以解决风扇热插时损坏风扇板控制芯片的问题。

附图说明

图1是目前风扇板单个热插拔电压转换线路示意图；

图2是风扇供电整体架构示意图；

图3是本发明风扇板单个热插拔电压转换线路示意图；

图4是改进前风扇热插瞬间热插拔芯片OUT pin负压值波形图；

图5是改进后风扇热插瞬间热插拔芯片OUT pin负压值波形图；

图6是风扇板热插控制方法流程图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，目前给风扇供电是风扇板在铜排上取电后，通过风扇板上的三个热插拔电压转换线路将电分别输送到三个风扇板连接器，再分别连接到三个风扇。在风扇板带电时，将风扇插到风扇板上，会产生较大的瞬态电流通过风扇连接器。同时，因连接器存在寄生电感效应，瞬态电流会导致连接器上产生反向感应电压，连接器的前端(热插拔芯片处)就变成了负电压，该负电压有可能会造成热插拔芯片OUTpin管脚超出安全耐压范围而损坏。

实施例一

一种风扇板热插控制系统，包括风扇板、热插拔电压转换电路、风扇板连接器和风扇，风扇板的电压输出端与热插拔电压转换电路的输入端连接，热插拔电压转换电路的输出端与风扇板连接器连接，风扇板连接器与风扇连接；还包括负电压抑制模块，负电压抑制模块的一端分别与热插拔电路、风扇板连接器连接，负电压抑制模块的另一端接地。

实施例二

一种风扇板热插控制系统，包括风扇板、热插拔电压转换电路、风扇板连接器、肖特基二极管和风扇，风扇板的电压输出端与热插拔电压转换电路的输入端连接，热插拔电压转换电路的输出端与风扇板连接器连接，风扇板连接器与风扇连接；肖特基二极管的阳极接地，肖特基二极管的阴极分别与热插拔电路、风扇板连接器连接。

实施例三

如图2、3所示，一种风扇板热插控制系统，包括风扇板、热插拔电压转换电路、风扇板连接器、肖特基二极管和风扇，风扇板的电压输出端与热插拔电压转换电路的输入端连接，热插拔电压转换电路的输出端与风扇板连接器连接，风扇板连接器与风扇连接；热插拔电压转换电路包括MOS管和热插拔控制芯片，所述MOS管的控制端与热插拔控制芯片的输出端连接，MOS管的输入端与风扇连接器连接，MOS管的输出端与风扇板电压输出端连接。肖特基二极管的阳极接地，肖特基二极管的阴极与热插拔控制芯片的OUT pin管脚、风扇连接器连接。

在风扇板热插拔电压转换电路输出端至风扇负载路径上，热插拔控制芯片后端管脚位置增加一颗肖特基二极管，此肖特基二极管并联在热插拔芯片的OUTpin管脚处，反向接地。

当在风扇板带电状态下，风扇插到风扇板的连接器时，产生的负电压会使得肖特基二极管导通，热插拔控制芯片的OUT pin管脚产生的负电压减小到OUTpin管脚的安全电压范围以内，从而防止风扇板上电压转换芯片管脚损坏问题的发生。

如图4所示，热插拔控制芯片OUTpin管脚负压值达到-3.28V，即热插风扇时，在风扇板带电的状态下(热插瞬间图中MOS打开，OUT管脚及风扇连接器处有电压且为12V)，将风扇插入到风扇板连接器，使风扇通电。因风扇连接器自身具有不可忽略的寄生电感L，在风扇接入风扇连接器的瞬间，会有较大电流通过风扇板及风扇连接器到达风扇。这样会在风扇连接器两端瞬间产生感应电压，其值为：

其中，L为风扇连接器上的寄生电感，为风扇插入风扇连接器时电流变化量，方向为风扇端为正，风扇控制板端为负。

因风扇端开始电压为0V，感应电压产生的时间非常短，其产生瞬间，风扇端接近为0V，即在风扇板连接器后端(靠近风扇)处为0V。因瞬态电流较大且时间较短，故感应电压V幅值较大，造成风扇连接器前端(OUT pin管脚)电压准位对地为负，损坏OUTpin管脚。

如图5所示，当风扇接入到风扇板连接器时，风扇板连接器上产生的负电压达到负0.3V时，二极管即会导通，其导通阻抗几乎为0。从而，使得风扇板连接器前端(OUT管脚)处的电压处在相对安全的幅值内，保护热拔插芯片的OUT管脚不会被较高的负电压损坏。

如图6所示，风扇板热插控制方法，包括以下步骤：

S1、抓取热插拔瞬间风扇板电压波形；

S2、根据电压波形计算热插拔转换电路的最大压差，计算瞬时电流最大值；

S3、选择导通电流大于瞬时电流最大值的肖特基二极管。

步骤S1中，根据电压波形计算热插拔转换电路的最大压差，估计瞬时电流最大值，具体包括：

根据热插拔瞬间风扇板电压波形，计算热插拔控制芯片的OUT pin管脚上产生的最大压差，根据使用手册获取风扇板连接器寄生电感感值L，压降瞬间持续的时间dt，计算热插拔时产生的瞬间电流Imax，即Imax＝(Vmax-Vmin)*dt/L。本实施例中，计算OUT pin上产生的最大压差：Vmax-Vmin＝12V-(-3.28V)＝15.28V，连接器寄生电感感值L(约1uH)，压降瞬间持续的时间dt(约0.1us)，估测热插拔时产生的瞬间电流最大为1.5A，即Imax＝(Vmax-Vmin)*dt/L；根据产生的负压值，及估算的电流值，选择导通电流大于1.5A的肖特基二极管，保证其耐压及过电流能力满足当前设计需要。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种风扇板热插控制系统，包括风扇板、热插拔电压转换电路、风扇板连接器和风扇，所述风扇板的电压输出端与热插拔电压转换电路的输入端连接，热插拔电压转换电路的输出端与风扇板连接器连接，风扇板连接器与风扇连接；其特征是，还包括负电压抑制模块，所述负电压抑制模块的一端分别与热插拔电路、风扇板连接器连接，负电压抑制模块的另一端接地。

2.如权利要求1所述的风扇板热插拔控制系统，其特征是，所述负电压抑制模块包括肖特基二极管，肖特基二极管的阳极接地，肖特基二极管的阴极分别与热插拔电路、风扇板连接器连接。

3.如权利要求1所述的风扇板热插拔控制系统，其特征是，所述热插拔电压转换电路包括MOS管和热插拔控制芯片，所述MOS管的控制端与热插拔控制芯片的输出端连接，MOS管的输入端与风扇连接器连接，MOS管的输出端与风扇板电压输出端连接。

4.如权利要求3所述的风扇板热插拔控制系统，其特征是，所述负电压抑制模块包括肖特基二极管，肖特基二极管的阳极接地，肖特基二极管的阴极与热插拔控制芯片的OUT pin管脚、风扇连接器连接。

5.风扇板热插控制方法，其特征是，包括以下步骤：

抓取热插拔瞬间风扇板电压波形；

根据电压波形计算热插拔转换电路的最大压差，计算瞬时电流最大值；

选择导通电流大于瞬时电流最大值的肖特基二极管。

6.如权利要求5所述的风扇板热插控制方法，其特征是，所述根据电压波形计算热插拔转换电路的最大压差，估计瞬时电流最大值，具体包括：

根据热插拔瞬间风扇板电压波形，计算热插拔控制芯片的OUT pin管脚上产生的最大压差，根据使用手册获取风扇板连接器寄生电感感值L，压降瞬间持续的时间dt，计算热插拔时产生的瞬间电流Imax，即Imax＝(Vmax-Vmin)*dt/L。