CN113676115A - 一种基于mos的用于服务器风扇的电源保护电路 - Google Patents

一种基于mos的用于服务器风扇的电源保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，包括控制芯片，该控制芯片包括第一NMOS和第二NMOS，第一NMOS具有引脚1、引脚2、引脚3，第二NMOS具有引脚4、引脚5、引脚6；第一供电端P1，所述引脚3连接于该第一供电端P1；第二供电端P2，所述引脚4连接于该第二供电端P2；第一风扇连接端F1，所述引脚2与该第一风扇连接端F1并联；第二风扇连接端F2，所述引脚6连接于该第二风扇连接端F2；第一接地端CND1，所述引脚1连接于该第一接地端CND1；第二接地端CND2，所述引脚3、引脚5共连于该第二接地端CND2，所述引脚4与该第二接地端CND2并联。本发明通过在端口设备上设置保护电路，实现对风扇和端口设备上电保护和故障隔离。

Description

一种基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路
技术领域
本发明属于电路保护技术领域，尤其是涉及一种基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路。
背景技术
随着国内互联网的快速发展，对服务器的需求不断的扩大，处理能力越来越强，功耗越来越大，散热成为设计重点，散热系统中风扇是关键，而长时间的运行过程中，风扇的失效是不可避免的，所以服务器对风扇模块提出可热插拔的要求。由于风扇内部的空间有限，目前市场上的风扇对于其本身的供电输入没有电压保护和电流保护功能，而各家的风扇控制电路也存在差异，在热插拔过程中，会出现以下问题，1、风扇影响主机的供电，造成系统关机或重启，该问题是致命的，不满足热插拔的要求。2、系统未死机，但风扇的控制电路容易烧毁，造成风扇失效。
在风扇运行时容易出现以下情况：
1)风扇上电过程中电容充电状态的短时大电流或风扇自身故障，如其供电电路部分对地短路，引起电压或电流异常，导致端口设备的供电电路损坏或关闭，影响服务器系统12V电源的正常工作。
2)端口设备对风扇的供电电源VCC异常时，比如过压或欠压会造成风扇内部电路损坏，严重时烧毁风扇内部的电源芯片。
目前针对风扇的供电进行保护的方案是限流保护技术，具体为：在端口设备上风扇端口的供电电源和风扇电源输入管脚之间串联限流器件，包括专用限流芯片、保险丝，自恢复保险丝(如热敏电阻(PTC))等。当风扇自身故障，导致在插入端口处引起过电流时，限流保护技术实现自动将风扇的供电电源切断。
但限流保护技术的缺点是只能对风扇和端口设备进行部分故障情况下的保护。首先，无法在风扇供电通道上出现电压异常这种情况下提供对风扇和端口设备的保护。限流保护方案由于无法监测电压的波动情况下对风扇和端口设备进行电压异常保护的功能。
第二，限流保护方案是基于电流监测的方式，在反应速度、可自恢复、保护器件自身的电压保护方面存在缺限。例如保险丝虽然可以在过流故障发生后切断电源，但保险丝熔断需要一定的热能积累时间，无法迅速切断故障，保护风扇和端口设备；且保险丝熔断后无法自恢复，导致端口设备需要返厂维修后用户才能继续使用。自恢复保险丝虽然可以在故障消除后自恢复，但其反应时间慢，一般达到几十个ms以上才能切断电源，很难保证在其保护动作前风扇和端口设备及时的得到保护，以及故障不扩散到设备其他地方。专用的限流芯片虽然具有保护响应时间快和自恢复的特点，但其本身是有源器件，管脚上的耐受电压较低，由于限流芯片要串联在供电电源和风扇供电输入管脚之间，无法保证供电通道上出现电压异常时限流芯片自身的安全，成本较高。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种可实现对风扇和端口设备上电保护和故障隔离的基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，包括
控制芯片，该控制芯片包括第一NMOS和第二NMOS，第一NMOS具有引脚1、引脚2、引脚3，第二NMOS具有引脚4、引脚5、引脚6；所述第一NMOS的源极为连接引脚1，栅极连接引脚2，漏极连接引脚3；第二NMOS的源极为连接引脚4，栅极连接引脚5，漏极连接引脚6；
第一供电端P1，所述引脚3连接于该第一供电端P1；
第二供电端P2，所述引脚4连接于该第二供电端P2；
第一风扇连接端F1，所述引脚2与该第一风扇连接端F1并联；
第二风扇连接端F2，所述引脚6连接于该第二风扇连接端F2；
第一接地端CND1，所述引脚1连接于该第一接地端CND1；
第二接地端CND2，所述引脚3、引脚5共连于该第二接地端CND2，所述引脚4与该第二接地端CND2并联。
进一步的，所述引脚1通过电阻R1、电阻R2、电容C1与第一供电端P1并联。
进一步的，所述引脚2通过电阻R3与第一风扇连接端F1连接，所述引脚1通过电容C2与第一风扇连接端F1并联。
所述引脚3通过电阻R4与第一供电端P1相连。
进一步的，所述引脚3、引脚5通过电容C3与所述第二接地端CND2相连。
进一步的，所述引脚4通过电容C4与第二供电端P2相连。
进一步的，所述引脚6通过电阻R5与第二风扇连接端F2相连，并通过电阻R6与第二供电端P2并联。
进一步的，所述第一供电端P1的电压为12V,所述第二供电端P2的电压为3.3V。
本发明具有以下效果：
1)在端口设备提供给风扇的供电电压异常时(过压或欠压)，可对风扇进行保护，避免风扇损坏，解决现有方案没有电压异常保护的问题；
2)风扇自身故障引起供电通道上电压、电流故障时，可实现对风扇故障隔离，保护端口设备和风扇，降低维护成本；
3)本发明同时具有快速保护、自恢复、保护器件自身耐高压的特点，可以解决现有限流保护方案的不足；
4)本发明电路实现简单，成本低，对风扇供电电路部分保护全面，可以有效保护用户的风扇和服务器设备；隔离故障，防止故障扩大对用户其他业务造成影响；服务器生产厂家应用本发明也避免了此类电源故障造成端口设备损伤后的返厂维修；在设备端加了保护后，可以降低风扇的电路要求，可选择更多的供应商，取得更有优势的成本；
5)通过在端口设备上设置风扇供电保护的电路，相较于在风扇控制电路中增加保护电路的方式，降低了风扇的加工成本和加工难度。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明的电路原理标识图。
图3为本发明的电路原理标识图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，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、完整的描述。
风扇模块中，风扇在位检测信号都是低有效，而风扇电源都是从主板获取的。风扇模块热插拔的过程中，很容易出现12V电源先接触到，而GND还未接连情况。此时，风扇在位检测信号直接连到12V电压。而主板的信号的电源域一般都是3.3V，所以在这种热插拔的应用中要做好隔离电路。
如图1-3所示，本发明提供了一种基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，包括控制芯片、第一供电端P1、第二供电端P2、第一风扇连接端F1、第二风扇连接端F2、第一接地端CND1、第二接地端CND2；所述控制芯片采用双NMOS的MOSFET器件，其VGS耐压20V，阈值电压VGS(TH)为1V-2.5V，因为不涉及大电流通流的应用，选用的这款MOSFET的Id最大200mA，足够满足信号线的隔离应用。并且选用的MOSFET封装较小，不会占用大量的PCB空间；具体的，该控制芯片包括第一NMOS和第二NMOS，第一NMOS具有引脚1、引脚2、引脚3，第二NMOS具有引脚4、引脚5、引脚6；所述第一NMOS的源极为连接引脚1，栅极连接引脚2，漏极连接引脚3；第二NMOS的源极为连接引脚4，栅极连接引脚5，漏极连接引脚6。
具体的，所述引脚3通过电阻R4与第一供电端P1相连，所述引脚1通过电阻R1、电阻R2、电容C1与第一供电端P1并联；所述引脚4通过电容C4与第二供电端P2相连，所述引脚6通过电阻R5与第二风扇连接端F2相连，并通过电阻R6与第二供电端P2并联；
其中，所述引脚2通过电阻R3与第一风扇连接端F1连接，所述引脚1连接于该第一接地端CND1，所述引脚1通过电容C2与第一风扇连接端F1并联；所述引脚3、引脚5通过电容C3与所述第二接地端CND2相连，所述引脚4与该第二接地端CND2并联。
优选的，所述第一供电端P1的电压为12V,所述第二供电端P2的电压为3.3V。所述电阻R1、电阻R4、电阻R6的阻值为10K，所述电阻R2的阻值为26.7K，所述电阻R3的阻值为1K，所述电阻R5的阻值为49.9K；所述电容C1、电容C4的电容为100NF，所述电容C2、电容C3的电容为1NF。
具体工作原理如下：当风扇模块没有插入的时候，通过多个电阻分压，第一NMOS的引脚2的电压大约为3.3V，此种状态下，第一NMOS为开启状态，引脚5、引脚3通过GND2接地，第二NMOS处于关闭状态，此时，送给主板的信号为上来到后级的3.3V。
当风扇模块插入瞬间，信号将升压到12V，此时第一NMOS的引脚2电压大约为12V，第一NMOS管的VGS耐压为20V，可以忍受当下电压，故第一NMOS保持打开状态，此状态下整个电路可以承受住高压冲击。
当风扇模块完全插入后，送进来的信号电平变成低电平。此时第一NMOS关闭，引脚3、引脚5的电压上升至12V，第二NMOSFET打开，引脚6的电压降低，完成信号传递，实现风扇的安全启动。
本发明具有以下效果：
1)在端口设备提供给风扇的供电电压异常时(过压或欠压)，可对风扇进行保护，解决现有方案没有电压异常保护的问题；
2)风扇自身故障引起供电通道上电压、电流故障时，可实现对风扇故障隔离，保护端口设备和风扇；
3)本发明同时具有快速保护、自恢复、保护器件自身耐高压的特点，可以解决现有限流保护方案的不足；
4)本发明电路实现简单，成本低，对风扇供电电路部分保护全面，可以有效保护用户的风扇和服务器设备；隔离故障，防止故障扩大对用户其他业务造成影响；服务器生产厂家应用本发明也避免了此类电源故障造成端口设备损伤后的返厂维修；在设备端加了保护后，可以降低风扇的电路要求，可选择更多的供应商，取得更有优势的成本；
5)通过在端口设备上设置风扇供电保护的电路，相较于在风扇控制电路中增加保护电路的方式，降低了风扇的加工成本和加工难度
所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。这里的本发明可以在缺乏任何一种元素或多种元素，一种限制或多种限制的情况下实现，这里这种限制没有特别说明。这里采用的术语和表达方式所为描述方式，而不受其限制，这里也没有任何意图来指明此书描述的这些术语和解释排除了任何等同的特征，但是可以知道，可以在本发明和权利要求的范围内做任何合适的改变或修改。可以理解，本发明所描述的实施例子都是一些在一些实施例中实施例子和特点，任何本领域的一般技术人员都可以根据本发明描述的精髓下做一些更改和变化，这些更改和变化也被认为属于本发明的范围和独立权利要求以及附属权利要求所限制的范围内。

Claims (8)

1.一种基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，其特征在于：包括
控制芯片，该控制芯片包括第一NMOS和第二NMOS，第一NMOS具有引脚1、引脚2、引脚3，第二NMOS具有引脚4、引脚5、引脚6；所述第一NMOS的源极为连接引脚1，栅极连接引脚2，漏极连接引脚3；第二NMOS的源极为连接引脚4，栅极连接引脚5，漏极连接引脚6；
第一供电端P1，所述引脚3连接于该第一供电端P1；
第二供电端P2，所述引脚4连接于该第二供电端P2；
第一风扇连接端F1，所述引脚2与该第一风扇连接端F1并联；
第二风扇连接端F2，所述引脚6连接于该第二风扇连接端F2；
第一接地端CND1，所述引脚1连接于该第一接地端CND1；
第二接地端CND2，所述引脚3、引脚5共连于该第二接地端CND2，所述引脚4与该第二接地端CND2并联。
2.根据权利要求1所述的基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，其特征在于：所述引脚1通过电阻R1、电阻R2、电容C1与第一供电端P1并联。
3.根据权利要求1所述的基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，其特征在于：所述引脚2通过电阻R3与第一风扇连接端F1连接，所述引脚1通过电容C2与第一风扇连接端F1并联。
4.根据权利要求1所述的基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，其特征在于：所述引脚3通过电阻R4与第一供电端P1相连。
5.根据权利要求1所述的基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，其特征在于：所述引脚3、引脚5通过电容C3与所述第二接地端CND2相连。
6.根据权利要求1所述的基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，其特征在于：所述引脚4通过电容C4与第二供电端P2相连。
7.根据权利要求1所述的基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，其特征在于：所述引脚6通过电阻R5与第二风扇连接端F2相连，并通过电阻R6与第二供电端P2并联。
8.根据权利要求1所述的基于MOS的用于服务器风扇的电源保护电路，其特征在于：所述第一供电端P1的电压为12V,所述第二供电端P2的电压为3.3V。
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