CN1115049A - 用于带电插入的电路板 - Google Patents

Abstract

一种带电插入或从系统中除去的电路装置，该系统具有一组电路单元和给电路单元供电的电源，包括：第一电路，用来当所述电路装置插入系统时由电源给所述电路装置供电；以及第二电路，用来当在电路装置插入系统后，在正常工作期间给电路装置供电。当大约第二电路开始供电时，第一电路几乎停止供电。利用该结构，可改变从电源流出的冲击电流的时间，为了调节电路装置的插入速度，在每个电路装置的一端可转动地安装一个杠杆。

Description

用于带电插入的电路板

本发明涉及一种用于带电插入的电路板，在具有几个负载同时运行的系统中，在系统运行期间，当某一负载被除去或加入时，使用这种带电插入的电路板。

U.K专利申请2248352A，JP—A—3—171214以及JP—A—5—289788披露了一种带电插入系统。

以前，当系统中的任何印刷电路板组件或其它元器件由于故障或需要维修而更换时，或者为了系统扩充而增加这些部件时，必须停止系统运行并停止向系统供电。近来，提出了使系统不中断运行或实现长期连续运行的要求，以便改善系统的可靠性，因而需要通过带电操作来除去或插入系统中的印刷电路组件或其它器件。然而，如果带电插入或除去负载，则可能发生故障。换句话说，如果有几个负载，例如印刷线路组件，并且它们由同一电源供电，当把组件插入时，就会在给组件供电的电源和地之间的旁路电容中流动冲击电流。结果，加于其它组件的电源电压就下降，因而发生故障。在JP—A—3—171214中披露的用于带电插入的印刷电路板及其连接器中，在其中的连接器中具有用于冲击电流的电源端和主电源端，并且用于冲击电流的电源端作得比主电源端大。因而，当线路板被插入时，首先连接上用于冲击电流的电源端，然后用扼流圈限制冲击电流，再接通主电源端。用这种方法，可以避免其它负载电源电压的降低。

在上述的现有技术中，对每个供电电压源至少需要两个端子。现有技术中的这种方法在下述情况下是不合适的，即在使用几个电源，而电源端子数又受限制，但电路组件或其类似物又需要用最少量的端子数进行安装的情况下。

如果系统包括电源E和几个要被带电插入或除去的负载2a到2d，如图10所示，在电源E和负载2a到2d之间的电源侧和接地侧的导线上有电阻r1至r6以及电感L1至L6，尽管它们的值实际上很小。例如，假定负载2b被插入，在负载2b中将流入大的冲击电流，并且从电源E或负载2a，2c和2d向负载2b流入电流。此外，在电阻r1到r3以及电感L1到L3上将发生电压降，从而使负载的电压降低。因为电流从接地侧向电源E流动，负载2a到2d的地电位的值将由于电阻r5和r6以及电感L5、L6而上升。如果负载2a到2d有几个电源的话，则和电源数相同的冲击电流也流向接地侧，从而使地电位迅速升高。因而，除负载2b之外，负载2a、2c和2d上的电压值将发生变化，增加了故障的可能性。

在包含几个负载的系统中，当进行不适当的负载插入或除去时，则可能发生故障。

而且，在负载是磁盘的情况下，和所插入或所除去的盘相邻的盘就会受到由插入或除去的盘所引起的冲击的影响，并且由于冲击的传播，则可能引起其它磁盘的故障。

本发明的目的在于提供一种带电插入或除去负载的方法，它能克服上述缺点而不引起系统故障。

本发明的另一个目的在于，提供一种用于带电插入的电路板，它能抑制或控制带电插入的负载的电源端的冲击电流，而不会引起其它负载的故障。

本发明的另一个目的在于，提供一种用于带电插入的稳定的电路板，它具有允许带电除去负载的指示器，该电路板消除了除去负载时发生的错误，并且能高效率地除去负载。

本发明的另一个目的在于，提供一种从运行着的系统中插入或除去的装置，它能任意地控制负载带电插入或除去的速度，从而阻止出现振动而影响其它负载。

本发明的另一个目的在于，提供一种带电插入的具有连接器结构的电路板，它可以抑制大的振动，例如在带电操作的系统中，在把电路板插入连接器或从连接器中除去时由于滑落而引起的摆动。

在具有多个负载以及给这些负载供电的电源的系统中，采用一种这样设计的结构，使得其中的电流馈给通路通过要在系统中插入或除去的负载的一个电源端子由所述电源供电。电流馈给通路具有冲击电流电路，用来仅在负载插入时流过来自电源的受控的冲击电流，其中电流馈给通路被控制，使其在负载插入的瞬间不工作，并且冲击电流电路一点一点地流过冲击电流，当冲击电流流过之后，电流馈给通路被使用。因此，可以改变冲击电流从多个电源流向要求多个供电电压的几个负载的时间。

而且，在系统中被插入或除去的负载具有允许插入的指示装置。当要被带电插入或除去的负载的驱动门已处于关闭状态时，则可以指示允许插入。

还可以提供一种用于带电插入的结构，它具有一种基于杠杆的滑动机构，以便抑制在插入或除去时负载的运动速度以便在插入和除去瞬间的振动，从而限制对其它运行中的负载的振动。

此外，还可以提供一种浮体联接器连接，它具有一种垂直的、水平的以及前后运动机构的组合，从而抑制当负载插入及设定时产生过量的振动，从而限制对其它运行中的负载的影响。

当负载被插入时，来自电源的冲击电流被限制，并且允许其逐渐地流过，并且在冲击电流流过之后，主电流供给通路开始工作。利用这种装置，可以阻止流过过量的电流。因此，上述用于带电插入的结构可以防止其它负载的电压降低，因而不影响其它负载，并适用作具有一个电源的一个电源端子的常规的母板接线结构。

即使有几个电源的情况下，对于各个冲击电流流过的时间也被改变，因而能够阻止其它负载由于集中地流过几个冲击电流而引起的地电位的较大变化。从而防止其它负载出现故障。

因为具有表示允许带电除去负载的指示器，就可以避免不适当地除去负载的错误。因为当被除去的负载的驱动门被关闭(高阻状态)时才指示允许除去负载，因而就不会由于除去负载而对其它负载产生除去噪声。

此外，因为被带电插入式除去的负载的运动速度可以被控制，因而使得插入或除去得以缓慢进行，因而可以减少因插入或除去引起的振动，因此不影响其它负载。

此外，当要被插入或除去的负载的连接器被安置在系统中时，很可能发生振动，但是如果把联接器设计成浮体连接器，它具有良好的配合能力，使得振动可以被抑制，因而不影响其它负载。

图1是本发明总体方框图；

图2是具有带电插入或除去的负载的整个系统的方框图；

图3是用于带电插入或除去负载的电流调节电路；

图4是所述电流调节电路的输出波形；

图5说明允许带电插入或除去的指示；

图6说明另一实施例的带电插入或除去的允许指示；

图7表示带电插入或除去负载的驱动门及其相邻电路；

图8A、8B、8C是带电插入或除去负载的滑动机构图；

图9A、9B、9C是带电插入或除去负载的连接器图；

图10是说明带电插入或除去负载的电流供给通路的电阻的图。

下面结合附图说明本发明的实施例。

图1是本发明实施例的总体方框图。在图1中，标号1代表被在带电的情况下插入或移去的装置，能够在带电情况下插入或移去负载。插头/插孔或连接器11、两组接地线12a、12b、杠杆13以及指示允许除去或插入的LED15被安装在装置1上。标号3代表用来固定几个带电插入或除去的装置的框架，框架3包括几个插头/插孔或连接器32，用来安装连接器32的印刷电路板33，以及用来在带电情况下平滑安装或除去所述装置的导轨31。连接器11和32可以是一对插头/插孔或插孔/插头。当连接器11为有插孔的销针时，连接器32就具有插头的销针。当然也可采取相反的结构。导轨31上开有槽，装置的凸出构件沿着这槽滑动。除去连接器11之外，其它部件例如电源(未示出)，以及控制电路，即用于控制负载2的处理器也在作为母板的印刷电路板33上被安装或连接着。连接器32包括接地销32a、电源销32b和信号销32c。并且其长度以接地销32a、电源销32b和信号销32c的顺序渐短。为此，当连接器32被连接时，它们按其长度的顺序连接上。用于带电插入或移开的装置1的连接器11的插孔是等长度的，电源通过连接器11、电线12a和12b以及连接器24和25连到负载2。电流调节电路21a和21b具有冲击电流控制通路，用来控制冲击电路一点一点地通过。电流调节电路21a、21b在正常运行时向电流供应通路供给电流，而在负载插入时，它们操纵冲击电流控制电路，从而控制冲击电流使其一点一点地流过。并在冲击电流流过之后，把电流供给通路置于运行状态，从而向多个负载2提供电流。例如，电流调节电路21a提供5V电压，操纵控制电路23，从而控制每个负载2的运行，而电流调节电路21b提供12V电压，以便当负载2是磁盘之类的负载时用于驱动电机。控制电路23具有一般的功能，例如用来控制数据传输或磁盘操作，同时也具有接通LED15的功能，从而指示已发出允许除去负载的信号。杠杆13被用来沿导轨31使装置1运动，从而进行带电插入。导轨31借助杠杆系被固定在固定体3、3′的内侧。

图2是一个逻辑框图，表示一个具有几个负载2a到2c的系统，它们借助于总线4和处理器5相连，从而控制负载2a到2c。负载2的操作被控制电路23控制。图1中的框3具有图2的整个系统，整个系统固定在框3上或除处理器5之外的其余元件都被安装在框3上，并用导线和处理器5相连。

下面更详细地说明这一实施例。

图3是电流调节电路21a或21b的详细电路图。该电路的右边部分包括晶体管Tr1，Tr2电容器C1和二极管D1，被用于在负载插入时的短的期间内流过冲击电流。电路的左边部分包括MOSFETTr4，晶体管Tr3，电阻R2，R3，R4和R5以及电容C2，用作正常运行中的电流供给通路。图4表示电流调节电路21的输出212的波形。当图1中的用于带电插入的装置被插入连接器32时，电源电压V_1N被供给电流调节电路21a、21b的输入端211。因而，包括电阻R1和电容C1的电路部分作为积分电路，在节点213处的电压以积分波形逐渐升高。当此电压上升到高于二极管D1的正向电压和晶体管Tr1的基—射电压之和时，二极管D1和晶体管Tr1则导通，因而使电流流过晶体管Tr1的集电极。结果，和上述晶体管Tr1形成达林顿放大器的晶体管Tr2也导通，因而电流开始从输入端211向电流调节电路21的输出212流动。随着节点213的电压升高，输出端212升高到接近输入端211的电位。在电阻R2、R3的节点214处的电位由根据电阻R2、R3的值按比例对输出端212的电位进行分压来确定。如果节点214的电位当在输出端212的电位达到图4中的V1时达到Tr3的基射电压的正向电压，晶体管Tr3则导通，电流开始流过电阻R4和电容C2。C2和R5构成微分电路，并且当节点215的电位缓慢地从输入端222的电位V_1N下降时，在电源S和MOSFET Tr4的控制极G之间便产生使其导通的电位，使Tr4导通并且其漏极D的电位上升到基本上和输入端211的电位V_1N相同的值。因此，Tr4成为导通状态。在MOSFET Tr1导通时，晶体管Tr2几乎通过输出端212使冲击电流已经流入负载。应当注意，从晶体管Tr2到输出端212流通的电流是借助于把晶体管Tr1的基极电流值乘以Tr1的电流放大系数后再乘以Tr2的电流放大系数所得的值。借助于使用具有这样的电流放大系数的晶体管，即使得上述电流值约等于正常运行下的电流值，通过Tr2的冲击电流可以被抑制。在另一个实施例中，如在插入的短时间内要求更小的冲击电流，则达林顿晶体管对可用一个晶体管代替。

为了使冲击电流流过电流调节电路21a的时刻和冲击电流流过电路21b的时刻不同，可以改变图3中的电阻R1和电容器C1的乘积，使得这些电路的工作时间彼此不同。或者这样改变串联连接的二极管D1的数目，使得节点213的电位升得较高时才开始工作。或者使电流调节电路21a和21b的结构保持不变，借助于改变连接器11的电压销针11b或32b的长度，从而改变电源连接的时间，便可以改变各个电源的冲击电流开始流动的时间。可以使用NPN晶体管来代替PNP晶体管Tr2。而且，当电源是负电压时，Tr4的源/漏连接、Tr2/Tr1/Tr3的集/射连接以及D1的P—N连接自然要相反。

参看图5和图6说明允许除去图1中带电插入的装置1的指示。在图5中，负载2的控制电路23含有总线控制电路234，用来控制图2中公共总线上的信号，并含有除去允许触发器234a，当总线控制电路234使触发器234a设置为1状态时，表示允许除去，则用来指示允许除去的LED15通过反相器234b和位于电阻61和电流调节电路21之间的连接器26导通。图2中的处理器5具有检查带电插入装置电路中发生故障的功能，当其检查出故障时，就通过公共总线4向图5的控制电路中的控制电路234发出停止操作的指令。借助于这一指令，总线控制电路234就便除去允许触发器234a设置为1状态。

图6表示控制电路23不具有上述指示允许除去功能的情况。该方框图表示允许除去例如具有磁盘28的负载2的实施例。如上所述，在负载被除去之前，当图2中的处理器5通过公共总线4向图6中的控制电路23发出操作停止指令时，控制电路23就通过磁盘28的控制接口27使磁盘28停止，并且电机停止转动。在磁盘28中，当电机从旋转状态变到停止状态时，电机的电流减小。当电阻R71连接在电流调节电路21b和磁盘28的电源端281之间时，则电阻R71上的电压在电机旋转和静止时是不同的。因此，包含电阻R72和R73的电路连接在电阻R71靠近电流调节电路的一侧的接点上，并且节点237和电阻R71另一端的节点238和电位比较器236的两个输入端相连。电阻R72、R73的值这样选择，使得节点237具有由电阻R72和R73对供电电压分压而确定的电位，而使节点238的电位，当磁盘电机旋转时由于电机电流而低于节点237的电位，当电机停止时由于电流减小而高于节点237的电位。利用这种结构，当电机停止时，电位比较器236由于满足条件而产生高电平输出，从而通过电阻R74和连接器26提供电流使LED导通，指示允许除去。

图7表示驱动器/接收器门控电路及其周围电路。该驱动器/接收器门控电路被连接在图2中的控制电路23中的总线上，该总线和其它负载公用。公共总线4通过负载2的连接器25连接于控制电路23。公共总线4和控制电路23中的驱动器/接收器门控电路231、233相连。触发器232连接于驱动器门控电路231、233的使能(en-able)端。总线控制电路234控制触发器和驱动器/接收器门控电路231、233。在从图1的带电插入装置接收到故障信号时，图2的处理器5就通过公共总线4向故障装置发出操作停止指令。响应这一指令，在图7中负载2的控制电路23中的总线控制电路234就使触发器232设置为逻辑0(在某些情况下，逻辑0在操作停止指令发出之前被设置)，因而驱动器门控电路231被设置为解除状态(高阻状态)。因而装置1可以在带电情况下从系统中被安全地除去，而不会产生对其它负载的冲击电流。

在图5或图6中，当除去了一个装置时，响应作为触发信号的来自处理器5的对控制电路23发出的操作停止指令，指示允许除去的LED15可以导通。如图7所示，在发出操作停止指令时，如上所述，在控制电路23中的总线控制电路234电用于驱动器门控电路使能控制的触发器232设置为逻辑0(在某些情况下，在操作停止指令发出之前便设置逻辑0)，与此同时，驱动器门控电路231被设置为解除状态(高阻状态)，由二极管LED15指示允许除去负载。

图8A、8B、8C说明图1中用于带电插入的装置1的插入或除去的杠杆13的滑动机构。图8A表示杠杆13及其周围部件，其上方一侧被省略了。当利用杠杆13使用于带电插入的装置1进行滑动时，借助于槽34应用杠杆系原理。图8B表示插入的情况，其中杠杆13和框架3中的槽34配合，当杠杆13被沿箭头方向推入时，用于带电插入的装置1就随着杠杆利用杠杆系在支点131上转动而在导轨31上向左滑动。图8C表示除去的情况，其中当杠杆13沿箭头方向推动时，随着杠杆在支点132(与支点131相对)上转动用于带电插入的装置1就沿导轨31滑向右方。

在图8B和8C所示的每种情况下，装置1的速度可由杠杆13的移动速度任意地进行控制。

图9A、9B和9C表示连接器11被固定在用于带电插入的装置1上的方法。图9A是侧视图，其中有螺纹的螺栓16和连接器11相连，在其螺栓头下方有垫圈17。螺栓16并不太紧地被设置着，从而使连接器11可以前后移动一点。图9B是正视图，图9C是除去螺栓16和垫圈17之后的图。金属板的孔径B—B′为2至4mm，大于螺栓16的直径，锥孔18和用于带电插入的装置1被较松地配合，大约有0.5mm到2mm的间隙，从而使连接器可以上下左右移动。利用上述结构，当装置1被插入图1所示的连接器32时，只需移动连接器11而不用上、下、左、右移动装置1。

Claims (18)

1.一种在带电情况下插入系统或从系统中除去的电路装置，所述系统具有多个电路单元以及给所述多个电路单元供电的电源，其特征在于所述电路装置包括：

当所述电路装置被插入所述系统时，用于从所述电源向所述电路装置供电的第一电路；以及

当所述电路装置被插入系统之后，用于对所述电路装置在正常运行期间供电的第二电路；

其中所述第一电路在大约所述第二电路开始供电时几乎停止供电。

2.如权利要求1的电路装置，其特征在于所述第一和第二电路分别具有第一晶体管，它有集电极、发射极和基极，以及第二晶体管，它有漏极、源极和栅极，所述集电极和所述发射极中的每一个以及所述漏极和所述源极中的每一个都分别与公共输入端和公共输出端相连。

3.如权利要求2的电路装置，其特征在于包括：

和所述第一电路的第一晶体管相连的电路，用于当所述电路装置连接到所述电源时，对所述输入端的电压进行积分，以便使所述电源停止供电；以及

与所述第二电路的所述第二晶体管的控制极相连的电路，用于当所述电路装置连接到所述电源时，对所述输入端电压进行微分。

4.如权利要求3的电路装置，其特征在于包括：

与所述第二晶体管相连的导通启动电路，当被所述第一晶体管的操作提供的在所述输出端的电压达到规定电压时使所述第二晶体管导通。

5.如权利要求4的电路装置，其特征在于所述第一晶体管是具有呈达林顿连接的另一晶体管的双极型晶体管以及所述第二晶体管是单极型晶体管。

6.如权利要求1的电路装置，其特征在于包括：

当所述电路装置被插入所述系统中时，从所述系统的另一电源向所述电路装置供电的第三电路：以及

在所述电路装置被插入所述系统中之后，在所述电路装置正常运行时从所述另一电源向所述电路装置供电的第四电路；

其中所述第三电路在大约所述第四电路开始供电时几乎停止供电，所述第四电路开始供电的时刻与当大约所述第二电路开始供电时所述第一电路几乎停止供电的时刻不同。

7.如权利要求1的电路装置，其特征在于包括除去允许指示器，它在已经发出允许除去所述电路装置指令的条件下，利用从所述电源提供的电压导通。

8.如权利要求7的电路装置，其特征在于包括发送控制电路，用来通过驱动器电路控制向另一单元的发送，其中所述发送控制电路具有用来设置所述驱动电路为禁止输出状态的触发器。

9.如权利要求8的电路装置，其特征在于包括一个杠杆，被可转动地安装在所述电路装置的一端，在已经发出允许除去所述电路装置的条件下，借助于使用系统中的某点作为施力点来放大用来除去所述装置的力。

10.如权利要求8的电路装置，其特征在于包括：

用来固定所述电路装置的金属片；以及

在所述金属片的安装部位和所述金属片相连的连接器，用来和所述系统进行电连接；

其中所述连接器这样构成，使得当所述系统和所述装置的所述连接器进行机械与电气连接时，所述连接器在所述金属片的表面上的所述安装部位可以自由移动几毫米。

11.如权利要求10的电路装置，其特征在于，所述安装部位在配合安装位置具有安装所述连接器的孔，其直径比用来把连接器固定在所述装置的所述金属片上的螺栓的直径大0.5到2毫米，并且所述连接器用所述螺栓不太紧地固定在所述金属片上。

12.一种用来带电插入的系统，包括：

几个金属片，每个具有插销和固定在其上的电路板；

具有母板的框架，母板上有一组插座，当所述一组金属片借助于沿导轨移动而插入并固定时，所述插座和所述插头连接；

其特征在于还包括：

沿所述导轨在所述框架的金属片上设置的槽；

在所述一组金属片的一端可转动地安装着的杠杆，用来放大除去所述金属片的力，在已经发出允许除去所述金属片的指令的条件下，借助于使用在所述框的金属片的槽内的每个杠杆的某点作为每个杠杆的相对端的施力点来进行放大用于除去所述金属片的力。

13.如权利要求12的带电插入系统，其特征在于，所述插头的结构是这样的：当所述母板和所述金属片的插头进行电气和机械连接时，它可以在所述金属片的表面上的所述安装部位自由移动几毫米。

14.如权利要求13的带电插入系统，其特征在于，所述安装部位在配合安装位置具有所述插头的安装孔，其直径比用来把所述插头固定于所述金属片上的螺栓的直径大0.5至2.0毫米，并且所述插头被所述螺栓相当松地连在所述金属片上。

15.如权利要求13的带电插入系统，其特征在于，所述一组金属片之一被插进所述母板中，并且具有电源，用来给在所述一组金属片的另一些金属片上的所述电路板供电，并且其中在所述一组金属片的另一些金属片上的每个电路板包括：

第一电路，用来当所述另一些金属片的所述插头插进所述母板的插孔中时，由所述电源向所述电路板供电；以及

第二电路，用来在所述另一些金属片的插头被插进所述母板的插孔之后，在正常工作期间由所述电源向所述电路板供电；

其中所述第一电路大约在所述第二电路开始供电时几乎停止供电。

16.一组金属片，其上安装有插孔和电路板，其中所述插孔与安装在带电插入系统的母板上的插头相连，其特征在于，每个所述金属片包括可转动地安装在所述一组金属片的一端的杠杆，用来借助于使用系统中的某点作为施力点，在发出允许除去所述金属片的指令的条件下，放大用于除去所述金属片的力。

17.如权利要求16的一组金属片，其特征在于，所述插头的结构是这样的：当所述母板和所述金属片的插头进行机械和电气连接时，它可以在所述金属片的表面上的安装部位自由移动几毫米。

18.如权利要求13的一组金属片，其特征在于，所述安装部位在配合安装位置具有所述插头的安装孔，其直径比用来把所述插头固定在所述金属片上的螺栓的直径大0.5到2.0毫米，并且所述插头被所述螺栓相当松地固定在所述金属片上。

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