CN114123115B - 一种电子保险丝保护装置、板卡及服务器 - Google Patents

一种电子保险丝保护装置、板卡及服务器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电子保险丝保护装置、板卡及服务器，侦测电压VSENSE输入压差采集电路的第一输入端，过流保护电压VOCP输入压差采集电路的第二输入端，压差采集电路的输出端输出侦测电压VSENSE大于过流保护电压VOCP的电压差V1，并将电压差V1传递至最大电流保护电路的输入端；最大电流保护电路的输出端连接至电子保险丝主电路的MOS管的栅极，最大电流保护电路监测持续接收到电压差V1的时长，当该时长超过一定阈值时关闭电子保险丝主电路的MOS管。本发明保证EFUSE主电路中的MOS稳定地工作在SOA区域内，并有效保证芯片的瞬时大电流不会触发EFUSE的保护。

Description

一种电子保险丝保护装置、板卡及服务器
技术领域
本发明涉及电子保险丝保护领域，具体涉及一种电子保险丝保护装置、板卡及服务器。
背景技术
随着服务器、存储设备、交换机等硬件板卡的热插拔需求，以及板卡供电母线的保护需要，越来越多的板卡在供电母线上设计EFUSE来支持板卡的热插拔和保护板卡。EFUSE能够实现缓启，避免热插拔产生大电流或者拉低电压，同时能提供功率监控和过电流保护等功能。
但是，越来越多的芯片在特殊情况下，会产生瞬间的大电流，例如CPU在超频时，会产生数倍于TDC的瞬时大电流。EFUSE在设计时既要考虑有效的保护，又不能在芯片正常产生的瞬时大电流时异常保护掉电。过低的过流保护点，容易导致误触发保护，而过高的过流保护点，会增加持续大电流时长，带来烧坏EFUSE电路中MOS的风险，甚至发生烧板风险。
如图1所示为现有的EFUSE保护方案结构示意图。RSENSE为EFUSE的电流侦测电阻，虚线框内是控制芯片的过流保护逻辑电路。工作原理为：
1）电流侦测电阻RSENSE两端采集到的电压差通过第一运算放大器A1输出侦测电压VSENSE。
2）Iref为控制电路内部的恒定电流源，通过外部OCP设置过流保护电阻ROCP来设置OCP点。
3）当电流过大时，侦测电压VSENSE超过过流保护电压VOCP，第二运算放大器A2的输出端将EFUSE主电路中的MOS关闭。达到过电流保护的作用。
现有技术方案只能通过过流保护设置电阻ROCP来设置OCP值，即设置静态的过流保护点。如果按照芯片工作的TDC电流设置的过流保护点，无法覆盖芯片超频工作时的瞬时大电流，有误触发保护的风险。而按照瞬时大电流设置的保护点，又会因为过流保护点过高，导致EFUSE工作超过SOA区域，存在烧坏MOS的风险。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种电子保险丝保护装置、板卡及服务器，提升EFUSE电路中瞬时过电流保护点，同时保证EFUSE主电路中的MOS稳定地工作在SOA区域内，并有效保证芯片的瞬时大电流不会触发EFUSE的保护。
第一方面，本发明的技术方案提供一种电子保险丝保护装置，包括电流侦测电阻RSENSE、第一运算放大器A1和过流保护电阻ROCP；恒定电流源Iref输入过流保护电阻ROCP获得过流保护电压VOCP；电流侦测电阻RSENSE的第一端与第一运算放大器A1的同向输入端电连接，电流侦测电阻RSENSE的第二端与第一运算放大器A1的反向输入端电连接，第一运算放大器A1的输出端输出侦测电压VSENSE，该装置还包括压差采集电路和最大电流保护电路；
侦测电压VSENSE输入压差采集电路的第一输入端，过流保护电压VOCP输入压差采集电路的第二输入端，压差采集电路的输出端输出侦测电压VSENSE大于过流保护电压VOCP的电压差V1，并将电压差V1传递至最大电流保护电路的输入端；
最大电流保护电路的输出端连接至电子保险丝主电路的MOS管的栅极，最大电流保护电路监测持续接收到电压差V1的时长，当该时长超过一定阈值时关闭电子保险丝主电路的MOS管。
进一步地，压差采集电路包括第二运算放大器A2；
侦测电压VSENSE输入压差采集电路的第一输入端，过流保护电压VOCP输入压差采集电路的第二输入端，具体为：
侦测电压VSENSE输入第二运算放大器A2的同向输入端，过流保护电压VOCP输入第二运算放大器A2的反向输入端。
进一步地，最大电流保护电路包括电流产生子电路、计时电容Ctimer、最大电流保护电阻Rmax和开关子电路；
电压差V1输入电流产生子电路产生电流Imirror，电流Imirror输入计时电容Ctimer给计时电容Ctimer充电获得充电电压V2；
恒定电流源Iref输入最大电流保护电阻Rmax获得最大电流保护电压Vmax；
充电电压V2输入开关子电路的第一输入端，最大电流保护电压Vmax输入开关子电路的第二输入端，开关子电路的输出端连接至电子保险丝主电路的MOS管的栅极；开关子电路根据充电电压V2和最大电流保护电压Vmax控制电子保险丝主电路MOS管的开关状态。
进一步地，开关子电路包括第三运算放大器A3；
充电电压V2输入开关子电路的第一输入端，最大电流保护电压Vmax输入开关子电路的第二输入端，具体为：
充电电压V2输入第三运算放大器A3的反向输入端，最大电流保护电压Vmax输入第三运算放大器A3的同向输入端。
进一步地，第三运算放大器A3为多相输入运算放大器，包括两个反向输入端和一个同向输入端。
进一步地，充电电压V2输入第三运算放大器A3的其中一个反向输入端，第三运算放大器A3的另一个反向输入端接入侦测电压VSENSE。
进一步地，电流产生子电路为镜像电流电路。
进一步地，镜像电流电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1和三极管Q2；其中三极管Q1和三极管Q2均为PNP型三极管；
三极管Q1的基极与三极管Q2的基极连接，三极管Q1的集电极通过电阻R2接供电电压VDD，三极管Q2的集电极通过电阻R3接供电电压VDD；三极管Q1的发射极通过电阻R1接地，三极管Q2的发射极通过计时电容Ctimer接地；电压差V1接入三极管Q1发射极，与电阻R1共同产生电流I1，同时在计时电容Ctimer所在线路产生电流Imirror。
第二方面，本发明的技术方案提供一种板卡，板卡供电母线上配置电子保险丝，板卡上配置上述任一项所述的电子保险丝保护装置。
第三方面，本发明的技术方案提供一种服务器，配置有上述的板卡。
本发明提供的一种电子保险丝保护装置、板卡及服务器，相对于现有技术，具有以下有益效果：通过过流保护电阻ROCP设置静态电流保护点，同时设置最大电流保护电路设置瞬时最大电流保护点，允许在侦测电压超过静态过流保护一定时间内持续不保护，超过一定时长再关断EFUSE主电路中的MOS管，该方案保证EFUSE主电路中的MOS稳定地工作在SOA区域内，并有效保证芯片的瞬时大电流不会触发EFUSE的保护。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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附图。
图1为现有的电子保险丝保护方案结构示意图。
图2为本发明实施例一提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图。
图3为本发明实施例二提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图。
图4为本发明实施例三提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图。
图5为本发明实施例四提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图。
图6为本发明实施例五提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明涉及的英文术语进行解释。
SOA：Safe Operation Area，安全工作区。
EFUSE：Electronic Fuse，电子保险丝。
OCP：Over Current Protection，过流保护。
TDC：Thermal Design Current，热设计电流。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
如图1所示为现有的EFUSE保护方案结构示意图。RSENSE为EFUSE的电流侦测电阻，虚线框内是控制芯片的过流保护逻辑电路。工作原理为：
1）电流侦测电阻RSENSE两端采集到的电压差通过第一运算放大器A1输出侦测电压VSENSE。
2）Iref为控制电路内部的恒定电流源，通过外部OCP设置过流保护电阻ROCP来设置OCP点。
3）当电流过大时，侦测电压VSENSE超过过流保护电压VOCP，第二运算放大器A2的输出端将EFUSE主电路中的MOS关闭。达到过电流保护的作用。
现有技术方案只能通过过流保护设置电阻ROCP来设置OCP值，即设置静态的过流保护点。如果按照芯片工作的TDC电流设置的过流保护点，无法覆盖芯片超频工作时的瞬时大电流，有误触发保护的风险。而按照瞬时大电流设置的保护点，又会因为过流保护点过高，导致EFUSE工作超过SOA区域，存在烧坏MOS的风险。
因此，本发明提供一种电子保险丝保护方案，保证EFUSE主电路中的MOS稳定地工作在SOA区域内，并有效保证芯片的瞬时大电流不会触发EFUSE的保护。
实施例一
如图2所示为本实施例一提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图，包括电流侦测电阻RSENSE、第一运算放大器A1和过流保护电阻ROCP。
恒定电流源Iref输入过流保护电阻ROCP获得过流保护电压VOCP，即过流保护电阻ROCP第一端接地，第二端接入恒定电流源Iref，过流保护电阻ROCP第二端的电压即过流保护电压VOCP。
电流侦测电阻RSENSE的第一端与第一运算放大器A1的同向输入端电连接，电流侦测电阻RSENSE的第二端与第一运算放大器A1的反向输入端电连接，第一运算放大器A1的输出端输出侦测电压VSENSE。
为实现电子保险丝的保护，本实施例的装置还设置压差采集电路和最大电流保护电路，其中压差采集电路用于采集侦测电压VSENSE大于过流保护电压VOCP时的电压差V1，最大电流保护电路根据电压差V1 控制电子保险丝主电路中MOS管的开关状态。
具体地，侦测电压VSENSE输入压差采集电路的第一输入端，过流保护电压VOCP输入压差采集电路的第二输入端，压差采集电路的输出端输出侦测电压VSENSE大于过流保护电压VOCP的电压差V1，并将电压差V1传递至最大电流保护电路的输入端。
最大电流保护电路的输出端连接至电子保险丝主电路的MOS管的栅极，最大电流保护电路监测持续接收到电压差V1的时长，当该时长超过一定阈值时关闭电子保险丝主电路的MOS管。
本实施例一提供的一种电子保险丝保护电路，通过过流保护电阻ROCP设置静态电流保护点，同时设置最大电流保护电路设置瞬时最大电流保护点，允许在侦测电压超过静态过流保护一定时间内持续不保护，超过一定时长再关断EFUSE主电路中的MOS管，该方案保证EFUSE主电路中的MOS稳定地工作在SOA区域内，并有效保证芯片的瞬时大电流不会触发EFUSE的保护。
实施例二
如图3所示为本实施例二提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图，该实施例中压差采集电路具体包括第二运算放大器A2，与现有技术中第二运算放大器A2反向，主要目的是计算出侦测电压VSENSE与过流保护电压VOCP之间的差值。
相应的，侦测电压VSENSE输入压差采集电路的第一输入端，过流保护电压VOCP输入压差采集电路的第二输入端，具体为：
侦测电压VSENSE输入第二运算放大器A2的同向输入端，过流保护电压VOCP输入第二运算放大器A2的反向输入端。
当侦测电压VSENSE大于过流保护电压VOCP时，第二运算放大器A2的输出端输出电压差V1，并传输到大电流保护电路。
实施例三
如图4所示为本实施例三提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图，在实施例二基础上，本实施例中最大电流保护电路包括电流产生子电路、计时电容Ctimer、最大电流保护电阻Rmax和开关子电路。
其中电流产生子电路接收电压差V1产生电流Imirror给计时电容Ctimer充电，获得充电电压V2。随着充电时长增加，充电电压V2逐步升高。同时通过最大电流保护电阻Rmax产生最大电流保护电压Vmax，开关子电路接收充电电压V2和最大电流保护电压Vmax，在计时电容Ctimer持续充电一段时间（即侦测电压VSENSE大于过流保护电压VOCP持续一定时间）之后，充电电压V2超过最大电流保护电压Vmax，此时开关子电路关闭电子保险丝主电路的MOS管。
具体地，电压差V1输入电流产生子电路产生电流Imirror，电流Imirror输入计时电容Ctimer给计时电容Ctimer充电获得充电电压V2。即计时电容Ctimer第一端接入电流Imirror，第二端接地，计时电容Ctimer第一端的电压即充电电压V2。
恒定电流源Iref输入最大电流保护电阻Rmax获得最大电流保护电压Vmax，即恒定电流源Iref输入最大电流保护电阻Rmax第一端，最大电流保护电阻Rmax第二端接地，最大电流保护电阻Rmax第一端的电压即最大电流保护电压Vmax。
充电电压V2输入开关子电路的第一输入端，最大电流保护电压Vmax输入开关子电路的第二输入端，开关子电路的输出端连接至电子保险丝主电路的MOS管的栅极；开关子电路根据充电电压V2和最大电流保护电压Vmax控制电子保险丝主电路MOS管的开关状态。
实施例四
如图5所示为本实施例四提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图，在实施例三基础上，本实施例中开关子电路具体包括第三运算放大器A3，由第三运算放大器A3比较充电电压V2和最大电流保护电压Vmax的大小，当充电电压V2大于最大电流保护电压Vmax时，第三运算放大器A3控制电子保险丝主电路MOS管关闭。
相应地，充电电压V2输入开关子电路的第一输入端，最大电流保护电压Vmax输入开关子电路的第二输入端，具体为：
充电电压V2输入第三运算放大器A3的反向输入端，最大电流保护电压Vmax输入第三运算放大器A3的同向输入端。
另外，具体实施时，第三运算放大器A3为多相输入运算放大器，包括两个反向输入端和一个同向输入端。充电电压V2输入第三运算放大器A3的其中一个反向输入端，第三运算放大器A3的另一个反向输入端接入侦测电压VSENSE，即侦测电压VSENSE超过最大电流保护电压Vmax时，能够快速关闭电子保险丝。
实施例五
如图6所示为本实施例五提供的一种电子保险丝保护装置结构示意图，在实施例四基础上，本实施例中电流产生子电路为镜像电流电路。
具体地，镜像电流电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1和三极管Q2；其中三极管Q1和三极管Q2均为PNP型三极管。
三极管Q1的基极与三极管Q2的基极连接，三极管Q1的集电极通过电阻R2接供电电压VDD，三极管Q2的集电极通过电阻R3接供电电压VDD；三极管Q1的发射极通过电阻R1接地，三极管Q2的发射极通过计时电容Ctimer接地；电压差V1接入三极管Q1发射极，与电阻R1共同产生电流I1，同时在计时电容Ctimer所在线路产生电流Imirror。
本实施例五提供的一种电子保险丝保护装置，提供两个电流保护点设置电阻，即通过ROCP和Rmax，分别设置电路的静态电流保护点和瞬间最大电流保护点。同时利用镜像电流电路，将超过静态OCP且未超过瞬间大电流MAX的情况，通过Ctimer设置保护时间，允许一定时间的持续不保护，提升CPU、GPU等部件的EFUSE设计时的安全性和可靠性。
实施例六
本实施例六提供一种板卡，板卡供电母线上配置电子保险丝，板卡上配置上述任一实施例的电子保险丝保护装置。
本实施例的板卡基于前述的电子保险丝保护装置实现，因此该板卡中的具体实施方式可见前文中的电子保险丝保护装置的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。
另外，由于本实施例的板卡基于前述的电子保险丝保护装置实现，因此其作用与上述装置的作用相对应，这里不再赘述。
实施例七
本实施例七提供一种服务器，配置有实施例六的板卡。
本实施例的服务器同样基于前述的电子保险丝保护装置实现，因此该服务器中的具体实施方式可见前文中的电子保险丝保护装置的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。
另外，由于本实施例的服务器基于前述的电子保险丝保护装置实现，因此其作用与上述装置的作用相对应，这里不再赘述。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电子保险丝保护装置，包括电流侦测电阻RSENSE、第一运算放大器A1和过流保护电阻ROCP；恒定电流源Iref输入过流保护电阻ROCP获得过流保护电压VOCP；电流侦测电阻RSENSE的第一端与第一运算放大器A1的同向输入端电连接，电流侦测电阻RSENSE的第二端与第一运算放大器A1的反向输入端电连接，第一运算放大器A1的输出端输出侦测电压VSENSE，其特征在于，该装置还包括压差采集电路和最大电流保护电路；
侦测电压VSENSE输入压差采集电路的第一输入端，过流保护电压VOCP输入压差采集电路的第二输入端，压差采集电路的输出端输出侦测电压VSENSE大于过流保护电压VOCP的电压差V1，并将电压差V1传递至最大电流保护电路的输入端；
最大电流保护电路的输出端连接至电子保险丝主电路的MOS管的栅极，最大电流保护电路监测持续接收到电压差V1的时长，当该时长超过一定阈值时关闭电子保险丝主电路的MOS管；
最大电流保护电路包括电流产生子电路、计时电容Ctimer、最大电流保护电阻Rmax和开关子电路；
电压差V1输入电流产生子电路产生电流Imirror，电流Imirror输入计时电容Ctimer给计时电容Ctimer充电获得充电电压V2；
恒定电流源Iref输入最大电流保护电阻Rmax获得最大电流保护电压Vmax；
充电电压V2输入开关子电路的第一输入端，最大电流保护电压Vmax输入开关子电路的第二输入端，开关子电路的输出端连接至电子保险丝主电路的MOS管的栅极；开关子电路根据充电电压V2和最大电流保护电压Vmax控制电子保险丝主电路MOS管的开关状态。
2.根据权利要求1所述的电子保险丝保护装置，其特征在于，压差采集电路包括第二运算放大器A2；
侦测电压VSENSE输入压差采集电路的第一输入端，过流保护电压VOCP输入压差采集电路的第二输入端，具体为：
侦测电压VSENSE输入第二运算放大器A2的同向输入端，过流保护电压VOCP输入第二运算放大器A2的反向输入端。
3.根据权利要求2所述的电子保险丝保护装置，其特征在于，开关子电路包括第三运算放大器A3；
充电电压V2输入开关子电路的第一输入端，最大电流保护电压Vmax输入开关子电路的第二输入端，具体为：
充电电压V2输入第三运算放大器A3的反向输入端，最大电流保护电压Vmax输入第三运算放大器A3的同向输入端。
4.根据权利要求3所述的电子保险丝保护装置，其特征在于，第三运算放大器A3为多相输入运算放大器，包括两个反向输入端和一个同向输入端。
5.根据权利要求4所述的电子保险丝保护装置，其特征在于，充电电压V2输入第三运算放大器A3的其中一个反向输入端，第三运算放大器A3的另一个反向输入端接入侦测电压VSENSE。
6.根据权利要求5所述的电子保险丝保护装置，其特征在于，电流产生子电路为镜像电流电路。
7.根据权利要求6所述的电子保险丝保护装置，其特征在于，镜像电流电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、三极管Q1和三极管Q2；其中三极管Q1和三极管Q2均为PNP型三极管；
三极管Q1的基极与三极管Q2的基极连接，三极管Q1的集电极通过电阻R2接供电电压VDD，三极管Q2的集电极通过电阻R3接供电电压VDD；三极管Q1的发射极通过电阻R1接地，三极管Q2的发射极通过计时电容Ctimer接地；电压差V1接入三极管Q1发射极，与电阻R1共同产生电流I1，同时在计时电容Ctimer所在线路产生电流Imirror。
8.一种板卡，板卡供电母线上配置电子保险丝，其特征在于，板卡上配置权利要求1-7任一项所述的电子保险丝保护装置。
9.一种服务器，其特征在于，配置有权利要求8所述的板卡。
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