CN113595046A

CN113595046A - 一种基于分立器件的防浪涌的热插拔控制电路

Info

Publication number: CN113595046A
Application number: CN202110883148.4A
Authority: CN
Inventors: 戴晓龙; 徐成焱; 吴之光
Original assignee: Xian Chaoyue Shentai Information Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Chaoyue Shentai Information Technology Co Ltd
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2021-11-02

Abstract

一种基于分立器件的防浪涌的热插拔控制电路，包括PNP三极管、P‑MOSFET、检测电阻，其中所述PNP三极管的发射极与所述检测电流的一端相连，所述PNP三极管的基极与所述检测电阻的另一端相连；所述P‑MOSFET的栅极与所述PNP三极管的集电极相连。通过本发明提出的用于热插拔的控制电路，通过将PNP三极管的发射极和集电极并联在检测电阻的两侧，当流经检测电阻的电流变大时，发射极与集电极的压差变大，触发PNP三极管的基极发生变化并使与之连接的P‑MOSFET的栅极电压发生变化，进一步降低P‑MOSFET的导通程度，使流经P‑MOSFET的电阻增大，以抑制电子设备在热插拔过程中出现的电流浪涌现象。同理可在电路的负载短路情况电流增大时阻断或降低电路中电流的效果。

Description

一种基于分立器件的防浪涌的热插拔控制电路

技术领域

本发明属于电子设计领域，具体涉及一种基于分立器件的防浪涌的热插拔控制电路。

背景技术

在高可用计算机及通信设备中，当系统部件(如电源、硬盘或板卡)发生故障时，热拔插电路允许用户在不关闭系统、不切断电源的情况下取出和更换，保证系统对灾难的及时恢复能力及可维护性。另外，一些扩展功能载板或子卡在使用过程中可能需要根据用户需求变化进行经常性带电更换，这也要求具备热插拔功能。所述功能扩展载板或子卡一般尺寸较小，PCB空间有限，尤其是电源输入端口布局紧凑，这就需要一种器件少、占空间小且成本低的热拔插控制方案来实现板卡插拔瞬间的浪涌电流抑制功能。

因此，如何设计一种以更少元器件、更少电路布局的防止插拔瞬间产生的浪涌电流的电路成为一大挑战。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种基于分立器件的防浪涌的热插拔控制电路，包括PNP三极管、P-MOSFET、检测电阻，其中所述PNP三极管的发射极与所述检测电流的一端相连，所述PNP三极管的基极与所述检测电阻的另一端相连；所述P-MOSFET的栅极与所述PNP三极管的集电极相连。

在本发明的一些实施方式中，控制电路还包括第一电容，所第一电容的一端与所述检测电阻，另一端与所述PNP三极管的集电极相连。

在本发明的一些实施方式中，所述第一电容容量为0.1uF。

在本发明的一些实施方式中，还包括第二电阻，所述第二电阻的一端接地，另一端与所述第一电容相连。

在本发明的一些实施方式中，所述第二电阻的阻值为4.7KΩ。

在本发明的一些实施方式中，还包括第二电容，所述第二电容的一端接地，另一端与所述P-MOSFET的漏极相连。

在本发明的一些实施方式中，所述第二电容的容量为470uF。

在本发明的一些实施方式中，所述控制电路可配置于分立器件的供电电源侧。

在本发明的一些实施方式中，所述控制电路可配置于分立器件的负载设备侧。

在本发明的一些实施方式中，所述控制电路的负载与所述P-MOSFET的漏极相连。

通过本发明提出的用于热插拔的控制电路，通过将PNP三极管的发射极和集电极并联在检测电阻的两侧，当流经检测电阻的电流变大时，发射极与集电极的压差变大，触发PNP三极管的基极发生变化并使与之连接的P-MOSFET的栅极电压发生变化，进一步降低P-MOSFET的导通程度，使流经P-MOSFET的电阻增大，以抑制电子设备在热插拔过程中出现的电流浪涌现象。同理可在电路的负载短路情况电流增大时阻断或降低电路中电流的效果。

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，下面描述中的附图仅仅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实施例。

图1为本发明一种一种基于分立器件的防浪涌的热插拔控制电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。

如图1所示，本发明提出了一种基于分立器件的防浪涌的热插拔控制电路，包括PNP三极管Q2、P-MOSFET Q1、检测电阻R1，其中所述PNP三极管Q2的发射极1与所述检测电流的一端相连，所述PNP三极管的基极2与所述检测电阻的另一端相连；所述P-MOSFET的栅极4与所述PNP三极管的集电极3相连。

在本实施例中，PNP三极管与检测电阻R1组成电流感应电路，PNP三极管Q2的发射极1与和检测电阻R1的一端同时连接在+5V电源的正极，PNP三极管的基极2连接到检测电阻R1的另一端。PNP三极管的集电极2连接到P-MOSFET Q2的栅极4。通过PNP三极管监控检测电阻R1的变化来改变P-MOSFET的变化。

具体的，当具有该电路的载板或子卡插入带电系统中瞬间，由于负载端内部大量电容充电会产生较大的浪涌电流I₁，由电压U＝IR可知，检测电阻R1的两端的电压差必然增大，因此并联在电阻两侧的PNP三极管Q2的发射极1和基极3的电压差的变化会导致从PNP三极管的发射极1到基极3的电流I₂会增大，同时集电极2处的电流I3同样增大，进而拉高P-MOSFET Q1栅极4两端的电压。在此过程中P-MOSFET Q1处于线性工作区，通过自身压降减小源极到漏极的电流，以此来阻值向负载供电端的电容充电过程中的电流浪涌。

在本发明的一些实施例中，控制电路还包括第一电容，所第一电容的一端与所述检测电阻，另一端与所述PNP三极管的集电极相连。

在本实施例中，还包括第一电容C1。为防止在实际的电路中因为各种电子器件存在高频噪声的影响对P-MOSFET的G极的输入产生影响，导致P-MOSFET因为电路噪声而出现频繁的导通和断开的状况，需要对电路中的高频噪声进行过滤，以防止因高频噪声带来的不稳定因素。

在本发明的一些实施例中，所述第一电容容量为0.1uF。

在本实施例中，由于P-MOSFET是通过栅极4的电压来控制P-MOSFET是否导通，因此，为保证P-MOSFET的导通仅受制于PNP三极管集电极2端的电位影响，需要对电路中的高频噪声进行过滤，并且由于仅考虑电压的影响，因此第一电容C1的选择只不需要过大也不宜过小，在本实例中使用常见的0.1uF的电容可降低控制电路的成本。

在本发明的一些实施例中，还包括第二电阻，所述第二电阻的一端接地，另一端与所述第一电容相连。

在本实施例中，如图1所示，还设有第二电阻R2，第二电阻R2的作用是在电路正常情况下，将P-MOSFET Q1的栅极电压降为0，使P-MOSFET Q1处于导通状态。并且在电路中的电流产生浪涌时，PNP三极管Q2的集电极2电压升高，第二电阻R2可以起到保留PNP三极管Q2集电极2产生的电压，防止其接地直接电压变为0，防止PNP三极管的过流检测功能所产生的电位变化被接地导致无法有效传达到P-MOSFET的栅极4上。

在本发明的一些实施方式中，所述第二电阻的阻值为4.7KΩ。

在本实施例中，在正常情况，PNP三极管Q2处于断开状态，因此PNP三极管Q2集电极2的电位为0，在流经检测电阻R1的电流出现浪涌时，PNP三极管处于导通状态，此时PNP三极管Q2集电极2的电压等于电源电压，在电路中PNP三极管Q2集电极2通过第二电阻R2接地，在第二电阻R2的阻值的选择上，需要考虑两点因素，第一是防止在PNP三极管Q2集电极2导通时电压为电源电压导致流经第二电阻R2产生高电流(相当于导线短接正负极)，第二则是P-MOSFET的栅极4连接在第二电阻R2的一侧，若连接在第二电阻R2的高电位侧的P-MOSFET的栅极4的电压小于P-MOSFET源极6的电压，这种情况下，P-MOSFET仍处于导通状态，无法起到有效抑制浪涌电流的效果，因此，第二电阻R2的选择要使得在PNP三极管Q2导通时，PNP三极管Q2集电极2的电压高于P-MOSFET源极6的电压，以促使P-MOSFET的栅极电压足以逆转P-MOSFET的正常导通的需要，因此，在本实施例中第二电阻R2的阻值选择使用4.7KΩ，在+5V的低压电路中便可防止PNP三极管Q2导通时产生过载现象，同时因较大阻值使第二电阻R2的高压的一侧(连接P-MOSFET的栅极4的一端)的电压足够高以触发P-MOSFET的关断作用，抑制电路电流浪涌的产生。

在本实施例中，由于通过PNP三极管Q2和P-MOSFET的设置，在整个电路出现电流的浪涌时，P-MOSFET可能处于频繁的通断状态，因此，为稳定输出到负载的电压和电流的稳定性，在P-MOSFET的漏极5处也即整个电路的输出端添设整流电容，以防止P-MOSFET的间断导通或电阻过大时出现电流或电压不稳的情况。

在本发明的一些实施方式中，所述第二电容的容量为470uF。

在本实施例中，第二电容C2的容量为470uF，由于PNP三极管Q2和P-MOSFET对电流浪涌的抑制具有较高的敏感性，即当电流出现浪涌时PNP三极管Q2导通，触发P-MOSFET Q1的导通抑制，电流降低，随之PNP三极管Q2便再次阻断，然后P-MOSFET Q1的导通又恢复，电流突然增大，在该控制电路接入电源时，这一过程会高频次的反生，使得P-MOSFET Q1的漏极5的电压和电流频繁出现频繁消失的现象。因此为稳定控制电路的输出电压的稳定，需要使用具有一定存储容量的电容，因此在本实施例中选择使用5V 470uF的电容。

在本实施例中，本发明所设计的用于抑制电路的电流浪涌的控制电路具有较少的电子器件设计，可设置在热插拔设备的插槽或者设置在设备电源输出设备中，为整个计算机设备或其他设备提供稳定的电流电压供应。可有效保护不具备浪涌电流保护的热插拔的电子部件提供浪涌电流的稳流保护。

在本实施例中，本发明所设计的用于抑制电路的电流浪涌的控制电路具有较少的电子器件设计可布设在各种计算机或其他电子设备中的热插拔器件上，在所述热插拔器件接入电路时，保护所述热插拔器件免受不具备恒压稳流功能的电源的浪涌电流的危害。

在本实施例中，如图1所示，P-MOSFET Q1的漏极5作为控制电路的输出端连接负载RLOAD，在控制电路稳定后向负载输出稳定的电流。

此外，当负载RLOAD中的电路出现短路时，因为控制电路中的PNP三极管Q2和P-MOSFET在电路的输入端，负载的短路必然导致负载电路的电流增大，也就意味着流经检测电阻R1的电流将增大。此时PNP三极管Q2导通，P-MOSFET Q1的栅极电压升高，P-MOSFET Q1的导通受到抑制对负载供电的电流将减少。通过这一机制可有效防止负载短路时产生的烧坏热插拔设备的情况。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等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要素。

以上对本发明所提供的技术内容进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于分立器件的防浪涌的热插拔控制电路，其特征在于，包括PNP三极管、P-MOSFET、检测电阻，其中所述PNP三极管的发射极与所述检测电流的一端相连，所述PNP三极管的基极与所述检测电阻的另一端相连；所述P-MOSFET的栅极与所述PNP三极管的集电极相连。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括第一电容，所第一电容的一端与所述检测电阻，另一端与所述PNP三极管的集电极相连。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一电容容量为0.1uF。

4.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，还包括第二电阻，所述第二电阻的一端接地，另一端与所述第一电容相连。

5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值为4.7KΩ。

6.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，还包括第二电容，所述第二电容的一端接地，另一端与所述P-MOSFET的漏极相连。

7.根据权利要求6所述的控制电路，其特征在于，所述第二电容的容量为470uF。

8.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路可配置于分立器件的供电电源侧。

9.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路可配置于分立器件的负载设备侧。

10.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述控制电路的负载与所述P-MOSFET的漏极相连。