CN114530829B - 一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置与方法，本发明通过增加热插入保护装置，将MOS嵌入IC芯片确保温度监测回报器可以读到最精确的数据并得到相对应的Rds(on)值，更能准确有效的控制VGS电压转换，进而达到降低VGS电压，使得当大电流或短路发生时，限制导通电流的能力，更能确保MOS操作在安全工作区域，达到提升保护系统的目的。由于将MOS嵌入IC,加入温度监测回报器确保读值精准不受外在因素影响；将MOS嵌入IC,加入基极与源极导通阻抗比较器可以确保MOS Rds(on)参数会相对应温度变化不受外在因素影响；降低VGS电压来限制Id电流的输出；抑制Id电流确保MOS操作在安全工作区域；不受限IC外部RC缓冲时间长短误差的影响。
Description
技术领域
本发明涉及服务器设计技术领域，特别是一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置与方法。
背景技术
在典型服务器中，提供许多热插入保护方法，例如外部选用MOSFET作为导通路径,透过IC内部控制Gat开关速度快慢或MOSFET本身SOA的耐用度来做保护，如图1所示。
当输出端发生大电流，监控发出讯号通知闸极控制器关闭MOSFET，阻断输入提供能量导致输出端烧毁。正常情况下，Vin＝12V，VD＝12V，VS＝12V，VDS＝0V，大电流发生瞬间，Vin＝12V，VD＝12V，VS因短路或是其他原因导致大电流为0V，VDS＝12-0＝12V，实际如图2所示，VDS＝13.32V，瞬间电流为75.2A，瞬间电流发生时间为120uS，对应MOSFET SOA操作区域如图3所示。
当VDS＝13.32V，瞬间电流为75.2A，电流持续时间不能超过5mS，图2电流持续时间为120uS，故此颗MOS操作在安全的工作区域，说明在服务器主机板上有许多热插入电路，例如12V，5V，3V等。其缺点是当大电流发生，同样的电流但因为电流过大导致VDS甩动过大，影响MOS在大电流发生瞬间承受的时间。对于热插入，MOS再大电流发生瞬间承受的能力，会影响MOS是否烧毁，因此提出新架构来增强MOS的安全工作区域。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置与方法，旨在解决现有技术中大电流容易导致MOS烧毁的问题，实现确保MOS操作在安全工作区域，达到提升保护系统的目的。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置，所述装置包括：
电压输入端连接精密电阻，精密电阻的正端电流讯号以及负端电流讯号分别连接电流准位监控，电流准位监控连接闸极电压限制控制器，闸极电压限制控制器连接闸极开关控制器，所述闸极开关控制器连接MOSFET基极与源极导通阻抗比较器，MOSFET基极与源极导通阻抗比较器还连接有温度监测回报器，温度监测回报器连接MOSFET，MOSFET连接电压输出端。
优选地，所述温度监测回报器动态监控MOSFET温度。
优选地，所述MOSFET温度与基极与源极导通阻抗变化一致。
优选地，所述闸极开关控制器的电压根据基极与源极导通阻抗比较器输出的阻抗值来调整。
本发明还提供了一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护方法，所述方法包括以下操作：
将MOSFET插入IC芯片，通过温度监测回报器动态监控MOSFET温度；
通过温度监测回报器的温度经过基极与源极导通阻抗比较器获得相对应的阻抗值；
根据获得的阻抗值对应的MOS Rds参数调整闸极开关控制器的电压。
优选地，所述方法还包括降低MOSFET闸极与源极两端电压差来限制导通电流的输出。
优选地，所述方法还包括限制导通电流的输出，将MOS操作在安全工作区域。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过增加热插入保护装置，将MOS嵌入IC芯片确保温度监测回报器可以读到最精确的数据并得到相对应的Rds(on)值，更能准确有效的控制VGS电压转换，进而达到降低VGS电压，使得当大电流或短路发生时，限制导通电流的能力，更能确保MOS操作在安全工作区域，达到提升保护系统的目的。由于将MOS嵌入IC,加入温度监测回报器确保读值精准不受外在因素影响；将MOS嵌入IC,加入基极与源极导通阻抗比较器可以确保MOS Rds(on)参数会相对应温度变化不受外在因素影响；降低VGS电压来限制Id电流的输出；抑制Id电流确保MOS操作在安全工作区域；不受限IC外部RC缓冲时间长短误差的影响。
附图说明
图1为现有技术中所提供的一种热插入保护装置电路结构示意图；
图2为现有技术中所提供的热插入保护装置中电压示值波形图；
图3为现有技术中所提供的热插入保护装置的安全工作区域示意图；
图4为本发明实施例中所提供的一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置电路结构示意图；
图5为本发明实施例中所提供的阻抗与温度关系示意图；
图6为本发明实施例中所提供的阻抗与电压关系示意图；
图7为本发明实施例中所提供的MOSFET特性示意图；
图8为本发明实施例中所提供的用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置安全工作区域示意图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置与方法进行详细说明。
如图4所示，本发明实施例公开了一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置，所述装置包括：
电压输入端连接精密电阻，精密电阻的正端电流讯号以及负端电流讯号分别连接电流准位监控，电流准位监控连接闸极电压限制控制器，闸极电压限制控制器连接闸极开关控制器，所述闸极开关控制器连接MOSFET基极与源极导通阻抗比较器，MOSFET基极与源极导通阻抗比较器还连接有温度监测回报器，温度监测回报器连接MOSFET，MOSFET连接电压输出端。
在本发明实施例中，对于服务器电源系统热插入保护优化，将MOS嵌入IC芯片确保MOS在操作时温度回报与基极与源极导通阻抗能有一致的变化，根据MOS的特性对应的阻抗来调整闸极开关控制器电压，在一般工作时，随着动态温度的变化，通过调整闸极开关控制器电压动态将电流控制在安全区域，即使MOSFET突然短路或有大电流发生时，导通电流操作在更安全的工作区域。
电压输入端连接精密电阻Rsense，精密电阻Rsense的正端电流讯号以及负端电流讯号分别连接电流准位监控Imon，电流准位监控Imon连接闸极电压限制控制器，闸极电压限制控制器连接闸极开关控制器，所述闸极开关控制器连接MOSFET基极与源极导通阻抗比较器，MOSFET基极与源极导通阻抗比较器还连接有温度监测回报器，温度监测回报器连接MOSFET，MOSFET连接电压输出端。
在本发明实施例中，通过温度监测回报器回报温度，通过MOSFET基极与源极导通阻抗比较器来降低闸极开关控制器的电压。通过温度监测回报器及时动态监控MOSFET的温度，并通过温度监测回报器的温度经过基极与源极导通阻抗比较器来获得当下相对应的阻抗值，根据阻抗值对应MOS VGS的特性来调整闸极开关控制器的电压。
如图5、6所示，通过温度监测回报器50度、75度、100度，分别对应到MOSRds(on)参数为50度(1.12mΩ),75度(1.19mΩ),100度(1.25mΩ)。根据MOS参数，当VGS操作在相对应的电压上可以得到相对的Rds(on)，当VGS＝5.5V则Rds(on)＝1.12mΩ，VGS＝5.2V则Rds(on)＝1.19mΩ，VGS＝4.6V则Rds(on)＝1.25mΩ。得到Rds(on)数值对应到需控制闸极开关控制器的电压，即可控制电流的使用流量。VGS＝5.5V则可控制Id操作在30A，VGS＝5.2V则可控制Id操作在21A，VGS＝4.6V则可控制Id操作在10A。
如图7、8所示，当VGS电压被精准操控时，根据MOS特性电流会被限缩至10A，21A，30A。当电流被限缩至10A与21A时，即使因大电流短路导致VDS电压差至13.32V，电流持续时间没有限制依旧操作在SOA安全范围内，故此颗MOS可以一致持续使用不会烧毁，即使操作在严苛环境工作温度下，也比原始设计争取90ms的时间让IC芯片有足够的时间启动保护机制。
在本发明实施例中通过增加热插入保护装置，将MOS嵌入IC芯片确保温度监测回报器可以读到最精确的数据并得到相对应的Rds(on)值，更能准确有效的控制VGS电压转换，进而达到降低VGS电压，使得当大电流或短路发生时，限制导通电流的能力，更能确保MOS操作在安全工作区域，达到提升保护系统的目的。由于将MOS嵌入IC,加入温度监测回报器确保读值精准不受外在因素影响；将MOS嵌入IC,加入基极与源极导通阻抗比较器可以确保MOS Rds(on)参数会相对应温度变化不受外在因素影响；降低VGS电压来限制Id电流的输出；抑制Id电流确保MOS操作在安全工作区域；不受限IC外部RC缓冲时间长短误差的影响。
本发明实施例还公开了一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护方法，所述方法包括以下操作：
将MOSFET插入IC芯片，通过温度监测回报器动态监控MOSFET温度；
通过温度监测回报器的温度经过基极与源极导通阻抗比较器获得相对应的阻抗值；
根据获得的阻抗值对应调整闸极开关控制器的电压。
在本发明实施例中，对于服务器电源系统热插入保护优化，将MOS嵌入IC芯片确保MOS在操作时温度回报与基极与源极导通阻抗能有一致的变化，根据MOS的特性对应的阻抗来调整闸极开关控制器电压，在一般工作时，随着动态温度的变化，通过调整闸极开关控制器电压动态将电流控制在安全区域，即使MOSFET突然短路或有大电流发生时，导通电流操作在更安全的工作区域。
电压输入端连接精密电阻Rsense，精密电阻Rsense的正端电流讯号以及负端电流讯号分别连接电流准位监控Imon，电流准位监控Imon连接闸极电压限制控制器，闸极电压限制控制器连接闸极开关控制器，所述闸极开关控制器连接MOSFET基极与源极导通阻抗比较器，MOSFET基极与源极导通阻抗比较器还连接有温度监测回报器，温度监测回报器连接MOSFET，MOSFET连接电压输出端。
在本发明实施例中，通过温度监测回报器回报温度，通过MOSFET基极与源极导通阻抗比较器来降低闸极开关控制器的电压。通过温度监测回报器及时动态监控MOSFET的温度，并通过温度监测回报器的温度经过基极与源极导通阻抗比较器来获得当下相对应的阻抗值，根据阻抗值对应MOS VGS的特性来调整闸极开关控制器的电压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护方法，应用于用于前瞻式动态温度监测的热插入保护装置，所述装置包括：电压输入端连接精密电阻，精密电阻的正端电流讯号以及负端电流讯号分别连接电流准位监控，电流准位监控连接闸极电压限制控制器，闸极电压限制控制器连接闸极开关控制器，所述闸极开关控制器连接MOSFET基极与源极导通阻抗比较器，MOSFET基极与源极导通阻抗比较器还连接有温度监测回报器，温度监测回报器连接MOSFET，MOSFET连接电压输出端；
其特征在于，所述方法包括以下操作：
将MOSFET插入IC芯片，通过温度监测回报器动态监控MOSFET温度；
通过温度监测回报器的温度经过基极与源极导通阻抗比较器获得相对应的阻抗值；
根据获得的阻抗值对应的MOS Rds参数调整闸极开关控制器的电压。
2.根据权利要求1所述的一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护方法，其特征在于，所述方法还包括降低MOSFET闸极与源极两端电压差来限制导通电流的输出。
3.根据权利要求1所述的一种用于前瞻式动态温度监测的热插入保护方法，其特征在于，所述方法还包括限制导通电流的输出，将MOS操作在安全工作区域。
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