CN112486306A - 一种电源开关保护电路及保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电源开关保护电路及保护方法，均能：通过热敏电阻R2检测电控开关周边环境的温度；在热插拔电路输出的PG信号为低电平时：在热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降致触发史密特触发电路的低阈值时，控制史密特触发电路输出低电平；在热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降但未致触发史密特触发电路的低阈值时，控制史密特触发电路输出高电平；通过史密特触发电路输出的高、低电平，控制MOSFET管Q1导通与截止，进而控制电控开关的控制端的通断；在热插拔电路输出的PG信号为高电平时，R2的阻值变化对史密特触发电路的电平信号输出控制失效，史密特触发电路能够迫使第一MOSFET管Q1导通。本发明用于对热插拔电路的电控开关的上电进行高温保护。

Description

一种电源开关保护电路及保护方法
技术领域
本发明涉及服务器领域，具体涉及一种电源开关保护电路及保护方法。
背景技术
热插拔(Hot swapping或Hot plugging)即“带电插拔”，是指可以在电脑运作时插上或拔除硬件。配合适当的软件，便可以在不用关闭电源的情况下插入或拔除支持热插拔的周边设备，不会导致主机或周边设备烧毁并且能够实时侦测及使用新的设备。
在服务器领域，热插入的惯常实现方式是通过在供电与负载之间串联一个电控开关和一个电流检测电阻完成的。所述电控开关一般采用三极管，且惯常是采用MOS管(即MOSFET管)，以确保后端负载不会因接入电源的异常现象(比如电压骤降、涌浪电流等)受到损害。电流检测电阻用于向控制线路(即热插拔控制器)反馈流经电控开关的电流信号。控制线路根据电流检测电阻反馈的电流信号以及根据预先设定的计时电路的计时信息控制电控开关的导通与否。
上述三极管，比如惯常采用的MOS管在作为服务器的热插入的电控开关使用时，如果MOS管的D(漏极)-S(源极)极间的电压与流过MOS管的电流超出SOA(安全操作范围)范围，则可能导致MOS管的损坏。MOS管的D-S极间的电压与流过MOS管的电流，在MOS管正常工作时不会超出SOA范围。SOA是用来确认晶体管是否在安全的条件下工作的信息。然而在系统持续一段时间后断电重启时，极有可能存在所述MOS管本身温度及其周边环境温度已经很高却又强行打开所述MOS管的情况，这极有可能会造成MOS管因高温开启致使烧毁的现象。
为此，本发明提供一种电源开关保护电路及保护方法，用于解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种电源开关保护电路及保护方法，用于对热插拔电路的电控开关上电进行高温保护。
第一方面，本发明提供一种电源开关保护电路，应用于热插拔电路，所述热插拔电路包括热插拔控制器和用于控制所述热插拔电路的电源的输入与断开的电控开关，该电源开关保护电路包括史密特触发电路、第一MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)管Q1、第二MOSFET管Q2、第三MOSFET管Q3、第一基准电压、第二基准电压，其中：
所述电控开关采用三极管；
第一MOSFET管Q1用于串联在所述电控开关的控制端；
史密特触发电路的输出端，与第一MOSFET管Q1的栅极相连；
史密特触发电路的输入端，通过第一电阻R1与第二基准电压相连，并通过热敏电阻R2与第二MOSFET管Q2的漏极相连；
所述热敏电阻R2，用于设置在所述电控开关所处的环境中；
第二MOSFET管Q2的源极接地；
第二MOSFET管Q2的栅极，通过第三电阻R3与第一基准电压相连，并与第三MOSFET管Q3的漏极相连；
第三MOSFET管Q3的源极接地；
第三MOSFET管Q3的栅极，用于连接所述热插拔控制器的PG信号输出端。
进一步地，所述电控开关采用MOS管或BJT三极管(Bipolar JunctionTransistor，双极结型晶体管)或IGBT管(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
进一步地，所述热敏电阻R2用于设置在所述电控开关旁。
第二方面，本发明提供一种电源开关保护方法，应用于热插拔电路，所述热插拔电路包括热插拔控制器和用于控制所述热插拔电路的电源的输入与断开的电控开关，所述电源开关保护方法基于热敏电阻R2、史密特触发电路和第一MOSFET管Q1，所述电控开关采用三极管；该电源开关保护方法包括：
采用热敏电阻R2的阻值变化，检测电控开关周边环境的温度；
在热插拔电路的PG信号输出端输出的PG信号为低电平时，通过热敏电阻R2的阻值变化控制史密特触发电路的电平信号输出，并且：在热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降致触发史密特触发电路的低阈值时，控制史密特触发电路输出低电平信号；在热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降但未致触发史密特触发电路的低阈值时，控制史密特触发电路输出高电平信号；
通过史密特触发电路输出的高电平信号，控制第一MOSFET管Q1导通；
通过史密特触发电路输出的低电平信号，控制第一MOSFET管Q1截止；
通过第一MOSFET管Q1的导通与截止，对应控制所述电控开关的控制端的导通与断路；
在热插拔电路的PG信号输出端输出的PG信号为高电平时，热敏电阻R2的阻值变化对史密特触发电路的电平信号输出控制失效，史密特触发电路能够接收到高电平并输出高电平信号迫使第一MOSFET管Q1导通。
进一步地，所述电控开关采用MOS管或BJT三极管或IGBT管。
进一步地，所述热敏电阻R2用于设置在所述电控开关旁。
进一步地，该电源开关保护方法采用如上所述的电源开关保护电路进行实现。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的电源开关保护电路及保护方法，能够侦测热插拔电路的电控开关在热插拔电路启动前所处环境的温度，从而确保热插拔电路的电控开关不会在温度过高的情况下由关闭模式转为导通模式，一定程度上有助于确保热插拔电路的电控开关在周边环境温度过高时而关闭，继而一定程度上有助于避免热插拔电路的电控开关因温度过高而烧毁。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
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，对于本领域普通技术人员而言，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的电源开关保护电路的电路示意图。
图2是图1中所示电源开关保护电路的一个使用示例电路示意图。
其中：1-史密特触发电路，2-第一基准电压，3-第二基准电压，4-电控开关，5-PG信号输出端，6-电源输入电路。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
图1是本发明一个实施例的电源开关保护电路的电路示意图。
本实施例中的电源开关保护电路，应用于热插拔电路。所述热插拔电路包括热插拔控制器和用于控制所述热插拔电路的电源的输入与断开的电控开关4。
所述热插拔控制器带有PG(POWERGOOD)信号输出端5(对应图2中的“V3”)。当热插拔电路的输入电压达到预先设定的电压后，即触发热插拔控制器通过PG信号输出端输出PG信号。
所述热插拔控制器还带有VG信号输出端(对应图2中的“V5”)，用于输出用于控制打开与关断电控开关4的驱动信号VG。
所述电控开关4采用三极管。
本实施例中的电控开关4采用MOS管Q，具体实现时也可采用BJT三极管或IGBT管进行替换。
在本实施例中，所述的MOS管Q(即电控开关4)，串联在所述热插拔电路的电源输入电路6中。电源输入电路6包括输入电源V1(对应图2中的“Vin”)和output供电端，output供电端输出电流记为I1，用于为热插拔电路供电。其中，MOS管Q的漏极与输入电源V1相连，MOS管Q的源极与output供电端相连。
如图1所示，所述电源开关保护电路，包括史密特触发电路(schmitt trigger)1、第一MOSFET管Q1、第二MOSFET管Q2、第三MOSFET管Q3、第一基准电压2(对应图1中“V4”)、第二基准电压3(对应图1中“V2”)，其中：
第一MOSFET管Q1用于串联在所述电控开关4的栅极；
史密特触发电路1的输出端，与第一MOSFET管Q1的栅极相连；
史密特触发电路1的输入端，通过第一电阻R1与第二基准电压3相连，并通过热敏电阻R2与第二MOSFET管Q2的漏极相连；
所述热敏电阻R2，用于设置在所述电控开关4所处的环境中；
第二MOSFET管Q2的源极接地；
第二MOSFET管Q2的栅极，与第三MOSFET管Q3的漏极相连，并通过第三电阻R3与第一基准电压2相连；
第三MOSFET管Q3的源极接地；
第三MOSFET管Q3的栅极，用于连接所述热插拔控制器的PG信号输出端。
在将所述电源开关保护电路接入热插拔电路时，可参照图2所示方式接线。具体地，如图2所示，可将MOS管Q的栅极与第一MOSFET管Q1的漏极相连，将第一MOSFET管Q1的源极接入热插拔控制器的VG信号输出端V5，将热敏电阻R2设置在所述热插拔电路的电控开关4旁，将所述热插拔电路的PG信号输出端V3(即为所述热插拔控制器的PG信号输出端V3)接入第三MOSFET管Q3的栅极。
热敏电阻R2能够检测到电控开关4周边环境的温度。热敏电阻R2在正常工作时，其阻值能够随着周边环境的温度的升高而降低、并能够随着周边环境的温度的降低而升高。
所述电源开关保护电路使用时：
(1)在热插拔电路未上电时：
热插拔电路的PG信号输出端输出的PG信号为低电平，此时第三MOSFET管Q3不导通，此时输入给第二MOSFET管Q2的栅极的信号为高电平，从而使第二MOSFET管Q2导通，之后通过输入给史密特触发电路1的输入端的电压信号控制史密特触发电路1的电平信号输出，进而控制第一MOSFET管Q1是否导通。
具体地，上述控制第一MOSFET管Q1是否导通，包括：
当热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降，并触发史密特触发电路1的低阈值时，史密特触发电路1输出低电平信号至第一MOSFET管Q1的栅极，此时第一MOSFET管Q1因侦测到低电平信号而不导通；
当热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降，但未触发史密特触发电路1的低阈值而输出高电平，此时第一MOSFET管Q1因侦测到史密特触发电路1输出的高电平而导通。
(2)当热插拔电路上电后:
当热插拔电路的PG信号输出端输出PG信号为高电平时，第三MOSFET管Q3导通，输入给第二MOSFET管Q2的栅极的信号为低电平，迫使第二MOSFET管Q2不导通，此时不论热敏电阻阻值如何变动，史密特触发电路1都将会接收到高电平并迫使第一MOSFET管Q1持续导通。
当(热插拔电路)断电后重启时，热插拔电路输出的PG信号输出端输出的PG信号变为低电平，系统将重新按照上述热插拔电路未上电时的工作过程进行工作。
在热敏电阻R2的阻值因外界温度而超过预先设定的高阻值阈值或是低于预先设定的低阻值阈值时，将会触发史密特触发电路1，进而控制第一MOSFET管Q1是否导通。
在热插拔控制器的VG信号输出端与MOS管Q的栅极之间的连接线路导通(对应第一MOSFET管Q1的漏极与源极导通)时，热插拔控制器通过控制器VG信号输出端输出的VG信号的高低控制电控开关4导通与截止，具体地：在输出的VG信号为高电平信号时可控制电控开关4导通，此时热插拔电路方可得电工作；在输出的VG信号为低电平信号时对应控制电控开关4截止，此时热插拔电路失电停止工作。在第一MOSFET管Q1的漏极与源极之间断路时，MOS管Q截止，对应有热插拔电路失电停止工作。
综上可见，本发明能够侦测热插拔电路的电控开关4在热插拔电路启动前所处环境的温度，确保热插拔电路的电控开关4不会在所处环境温度过高的情况下由关闭模式上电至导通模式，一定程度上有助于确保热插拔电路的电控开关4在周边环境温度过高时关闭，继而一定程度上有助于避免热插拔电路的电控开关4因温度过高而烧毁。
另外，本发明在上电之后能够迫使第二MOSFET管Q2不导通，继而关闭侦测功能，一定程度上确保了不会有侦测上的误动作。MOSFET正常工作状态下，消耗功率所转换成的热也比由关闭到导通模式下所产生的热少，所以此方法只侦测上电状态下的判断而不限制MOSFET本身的操作能力。
另外，本发明提供一种电源开关保护方法，应用于热插拔电路，所述热插拔电路包括热插拔控制器和用于控制所述热插拔电路的电源的输入与断开的电控开关。所述电控开关采用三极管。该电源开关保护方法基于热敏电阻R2、史密特触发电路和第一MOSFET管Q1，包括：
采用热敏电阻R2的阻值变化，检测电控开关周边环境的温度；
在热插拔电路的PG信号输出端输出的PG信号为低电平时，通过热敏电阻R2的阻值变化控制史密特触发电路的电平信号输出，并且：在热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降致触发史密特触发电路的低阈值时，控制史密特触发电路输出低电平信号；在热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降但未致触发史密特触发电路的低阈值时，控制史密特触发电路输出高电平信号；
通过史密特触发电路输出的高电平信号，控制第一MOSFET管Q1导通；
通过史密特触发电路输出的低电平信号，控制第一MOSFET管Q1截止；
通过第一MOSFET管Q1的导通与截止，对应控制所述电控开关的控制端的导通与断路；
在热插拔电路的PG信号输出端输出的PG信号为高电平时，热敏电阻R2的阻值变化对史密特触发电路的电平信号输出控制失效，史密特触发电路能够接收到高电平并输出高电平信号迫使第一MOSFET管Q1导通。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述电控开关采用MOS管或BJT三极管或IGBT管。
可选地，作为本发明的一个实施例，所述热敏电阻R2用于设置在所述电控开关旁。
可选地，作为本发明的一个实施例，该电源开关保护方法在具体实现时，可采用如上所述的电源开关保护电路进行实现，具体实现电路可参照图2。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电源开关保护电路，应用于热插拔电路，所述热插拔电路包括热插拔控制器和用于控制所述热插拔电路的电源的输入与断开的电控开关，其特征在于，该电源开关保护电路包括史密特触发电路、第一MOSFET管Q1、第二MOSFET管Q2、第三MOSFET管Q3、第一基准电压、第二基准电压，其中：
所述电控开关采用三极管；
第一MOSFET管Q1用于串联在所述电控开关的控制端；
史密特触发电路的输出端，与第一MOSFET管Q1的栅极相连；
史密特触发电路的输入端，通过第一电阻R1与第二基准电压相连，并通过热敏电阻R2与第二MOSFET管Q2的漏极相连；
所述热敏电阻R2，用于设置在所述电控开关所处的环境中；
第二MOSFET管Q2的源极接地；
第二MOSFET管Q2的栅极，通过第三电阻R3与第一基准电压相连，并与第三MOSFET管Q3的漏极相连；
第三MOSFET管Q3的源极接地；
第三MOSFET管Q3的栅极，用于连接所述热插拔控制器的PG信号输出端。
2.根据权利要求1所述的电源开关保护电路，其特征在于，所述电控开关采用MOS管或BJT三极管或IGBT管。
3.根据权利要求1或2所述的电源开关保护电路，其特征在于，所述热敏电阻R2用于设置在所述电控开关旁。
4.一种电源开关保护方法，应用于热插拔电路，所述热插拔电路包括热插拔控制器和用于控制所述热插拔电路的电源的输入与断开的电控开关，其特征在于，该电源开关保护方法基于热敏电阻R2、史密特触发电路和第一MOSFET管Q1，所述电控开关采用三极管；
所述电源开关保护方法包括：
采用热敏电阻R2的阻值变化，检测电控开关周边环境的温度；
在热插拔电路的PG信号输出端输出的PG信号为低电平时，通过热敏电阻R2的阻值变化控制史密特触发电路的电平信号输出，并且：在热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降致触发史密特触发电路的低阈值时，控制史密特触发电路输出低电平信号；在热敏电阻R2的阻值因外界温度升高而下降但未致触发史密特触发电路的低阈值时，控制史密特触发电路输出高电平信号；
通过史密特触发电路输出的高电平信号，控制第一MOSFET管Q1导通；
通过史密特触发电路输出的低电平信号，控制第一MOSFET管Q1截止；
通过第一MOSFET管Q1的导通与截止，对应控制所述电控开关的控制端的导通与断路；
在热插拔电路的PG信号输出端输出的PG信号为高电平时，热敏电阻R2的阻值变化对史密特触发电路的电平信号输出控制失效，史密特触发电路能够接收到高电平并输出高电平信号迫使第一MOSFET管Q1导通。
5.根据权利要求4所述的电源开关保护方法，其特征在于，所述电控开关采用MOS管或BJT三极管或IGBT管。
6.根据权利要求4或5所述的电源开关保护方法，其特征在于，所述热敏电阻R2用于设置在所述电控开关旁。
7.根据权利要求4或5所述的电源开关保护方法，其特征在于，该电源开关保护方法采用权利要求1中所述的电源开关保护电路进行实现。
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