CN1221078C

CN1221078C - 热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制装置

Info

Publication number: CN1221078C
Application number: CN 03134825
Authority: CN
Inventors: 龙健明; 黄乃华
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: CN1527482A

Abstract

本发明提供了一种热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制装置。装置包括：场效应管或双极性晶体管，第二场效应管或双极性晶体管，以及电容、电阻等，通过控制电容的充放电控制场效应管或双极性晶体管和第二场效应管或双极性晶体管顺序导通，从而实现热插拔电子设备时防浪涌电流及时序控制。

Description

热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制装置

技术领域

本发明涉及电子设备，具体涉及热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制装置；本发明特别适用于计算机服务器硬盘模组中热插拔硬盘上电电路中抑制浪涌电流的装置。

背景技术

随着计算机技术的飞速发展，现代计算机服务器需要高度的整合性、稳定性，同时也需要很强的数据存储和管理功能，所以它对每个部件的要求都十分的严格，随着ULTRA SCSI的应用，服务器数据存储大多采用硬盘模组的方式，这样不仅可以获取大容量的存储空间，同时也可以很方便的采用冗余存储方式以保证数据存储的安全性。然而在硬盘模组当中，为了确保系统在运行的情况下更换有故障的硬盘，都需要采用热插拔的SCSI硬盘。热插拔技术在计算机系统的应用占据着重要的作用，现在硬盘模组在中高档的服务器中应用十分广泛。

在申请号为：99216547.4的中国授权实用新型“用于热插拔电子设备的缓冲装置”中公开了在一种用于热插拔电子设备的缓冲装置，与电子设备配合使用，其结构包括限流装置、接插件，解决了模块热插拔时，由于模块内电容与母线存在电压差而导致接插件损坏的问题，同时又避免现有技术中电路控制复杂、可靠性差、额定电流值受限制的缺点。

图1(a)和(b)是现有技术中的抑制这种电容性负载的浪涌电流的电路原理图。图1(a)为在电源供给处串联一个电感的电路原理图，这种方法用于热插拔硬盘模组当中显然是不行的，因为虽然一旁插入时该电感能消除瞬时的浪涌电流，但当硬盘拔出时该电感由于负载瞬时消除，电感自身会产生一个很强的自激，对电路的其他部分产生很大的干扰；图1(b)为在负载接通瞬间串入一个限流电阻的电路原理图，当电容性负载充电到一定程度之后，再撤销这个限流电阻，这种方法用于硬盘模组中的可行性是不高，因为需要的料件多，实现难度比较大。

因此，希望能有实现起来较简单的抑制硬盘模组中的浪涌电流的电路。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，抑制电子设备中的热插拔设备在插拔时的浪涌电流，保证计算机服务器硬盘模组中SCA-2插槽上硬盘电源浪涌电流要求达到如下要求：12V电源浪涌电流的峰值小于1A；5V电源浪涌电流的峰值小于1A；SCSI硬盘的5V和12V上电时序为5V先起后落。

本发明提供一种热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制装置，包括：

场效应管或双极性晶体管，所述场效应管的栅极或双极性晶体管的基极通过电容接地，所述场效应管或双极性晶体管的另外两极分别连接外接电源和所述电子设备的电源输入端；所述场效应管的栅极或双极性晶体管的基极还与第三电阻的一端和二极管的N极直接相连；二极管的P极通过第一电阻与外接电源相连；

第二场效应管或双极性晶体管，所述第二场效应管的栅极或双极性晶体管的基极通过第二电容接地，所述第二场效应管或双极性晶体管的另外两极分别连接外接第二电源和所述电子设备的早于所述电源接入的第二电源输入端；所述第二场效应管的栅极或双极性晶体管的基极还与第三电阻的另一端和第二电阻的一端直接相连，第二电阻的另一端和第一电阻与二极管P极直接相连的一端直接相连；

当第一电阻与第二电阻相连的一端未接地时，所述场效应管的栅极或双极性晶体管的基极，以及第二场效应管的栅极或双极性晶体管的基极通过外接电源被拉高至高电平；

当第一电阻与第二电阻相连的一端接地时，所述电容通过第三电阻和第二电阻放电，所述第二电容通过第二电阻放电，所述第二场效应管或双极性晶体管先于所述场效应管或双极性晶体管导通。

所述第一电阻与第二电阻相连的一端通过所述电子设备的插座内连接到地的管脚接地。

所述第三电阻的阻值远大于第二电阻的阻值。

所述场效应管和第二场效应管为PMOS管。

利用本发明，确保系统在运行的情况下，更换有故障或无故障的硬盘或其它设备时，不会因为浪涌电流影响系统的正常工作，保证系统工作的可靠性。

附图说明

图1(a)和(b)是现有技术中的抑制这种电容性负载的浪涌电流的电路原理图，图1(a)为在电源供给处串联一个电感的电路原理图；图1(b)为在负载接通瞬间串入一个限流电阻的电路原理图；

图2示出了本发明的实施例的接入SCSI硬盘的实现流程图；

图3本发明的实施例的热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制装置的原理图；

图4示出了未采用本发明时信号电流电压的波形图；

图5示出了采用本发明时信号电流电压的波形图。

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员实施和理解本发明，现结合附图通过实施例描绘本发明，应该知道，本发明并不限于这里描绘的实施例。

图2示出了本发明的实施例的接入SCSI硬盘的实现流程图。首先，SCSI硬盘部分接入，与接插件SCA-2的长脚部分接触，即SCSI硬盘电源、地和控制信号线与接插件SCA-2接触好。然后，与接插件SCA-2短脚部分接触，即硬盘数据信号线与接插件SCA-2接触好，MATED2信号将外部电路供电使能，启动防浪涌电路的控制和开关电路。防浪涌电路的控制电路控制对电容的充电，电容的电压控制开关或限流电阻的大小，以控制5V和12V有序上电，使电流不超过预定值，如1A。电压电流正常后，SCSI硬盘自检，设备准备工作。

本发明的防浪涌电路由控制电路、开关电路组成，同时利用了SCSI热插拔硬盘接插件SCA-2的结构特性，完成硬盘5V和12V的有序上电，对5V和12V固定延时起电，达到消除5V和12V上电时的电流浪涌尖峰。

图3是本发明的实施例的热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制装置的原理图。SCSI硬盘热插拔时的所有电源浪涌电流必须控制在1A以内，同时SCSI硬盘5V和12V的上电时序保证为5V先上先落，有利于硬盘内部芯片的工作。下面结合图3详细介绍一下该电路的工作原理：管脚MATED2是SCSI硬盘上的短信号脚，在硬盘内部和地连接在一起。当硬盘没有插入时，管脚MATED2被第一电阻R31拉高到电源电压VCC(12V)，同时通过第二、第三电阻R32、R33和二极管D3，使第一场效应管Q5和第二场效应管Q6的第四脚4为高电平12V，由于Q5和Q6是PMOS管，所以此时硬盘供电处12V3和5V3没有电压；当硬盘部分插入，但只是SCA-2的长脚与硬盘相应的脚接触良好时，由于MATED2是短脚，所以此时12V3和5V3处仍然没有电压，但此时SCSI硬盘的电源、地和一些控制信号脚已经和SCA-2接口完全接触好；最后硬盘完全插入，硬盘的所有管脚和SCA-2相应的管脚接触上，MATED2脚也是这时接触的，我们把MATED2接触上的时刻记做为T0；在T0时刻，一方面，由于MATED2将R32和R31接点接地，所以电容C73通过R33、R32放电，电容C87通过R32放电，那么Q5和Q6的4脚的电压也就随着两个电容的放电而降低，所以Q5和Q6两个PMOS管不会立即开启，而是相对缓慢的开启，同时，由于PMOS管的RdsON与开启电压成反比，即1、2、3脚的电压越高于4脚的电压，那么MOS管的RdsON就越低，所以这就相当于在硬盘的供电电路中加了一个可变的电阻，在MOS管完全导通时，RdsON上的压降不会影响到硬盘正常工作的电压。这样就使硬盘上电瞬间的电流得到了抑制，同时又能保证硬盘的正常工作。另一方面，在T0时刻，Q5和Q6的4脚的电压也就随着两个电容的放电而降低，但是由于Q5的放电回路当中有一个阻值很大的电阻R33，所以放电时间常数比较大，这样Q5就比Q6后完全导通，那么相应的硬盘12V就比5V后上电；在硬盘拔出的时候，MATED2时短脚，先脱离了SCA-2接插件，但5V和12V电源还接触上，C73通过R31、D3充电，C87通过R31、R32充电，显然C87的充电时间常数比较大，所以相应的Q5就比Q6先断开，这样12V就在5V之前掉电。

图4和图5分别示出了未采用本发明和采用本发明时信号电流电压的波形图。图4中，示出了直接给SCSI硬盘上电5V电源端的负载图，其中4通道(上面的线)表示5V电流，1通道(下面的线)表示5V电压，可以看出，直接给硬盘上电5V电源上的电路上冲到了1A附近，如果考虑到器件的不一致性，那么显然是不符合设计要求的。图5示出了采用本发明后给SCSI硬盘上电5V电源端的负载图，其中4通道(上面的线)表示5V电流，1通道(下面的线)表示5V电压，，得到的结果如图1-4所示，5V上电时的浪涌电流只有0.5A，但是5V波形出现了畸变，这种畸变是不会影响硬盘的正常运行的，因为SCSI硬盘上电后会根据它本身的ID自动延时，这个延时是毫秒及的，所以这中5V的波形畸变是允许的。而对于12V电源则完全不一样，12V只是给硬盘电机供电，在上电时SCSI硬盘由于ID的自动延时电机更本就没有形成负载，所以电流非常的小。

本领域技术人员知道，通过调整电路中的电阻和电容，可以调节延时参数，使5V电流先起后落，或任何电流。

利用本发明，可以有效地将热插拔SCSI硬盘电源(5V和12V)的浪涌电流限制在1A以内，使SCSI模组正常插拔，系统稳定工作；可以使SCSI硬盘的5V和12V有序上电，有利于硬盘的正常工作，提高硬盘的使用寿命。

本发明在1U RACK服务器的背板SCSI热插拔硬盘模组中有着很重要的应用，主要由控制电路、电源滤波电路、开关供电电路、SCA-2接插件组成。

控制电路主要由一些阻容器件实现对开关管的开启和断开的固定延时；电源滤波电路主要是为了给SCSI硬盘提供稳定、干净的电源，使硬盘更加稳定的工作；开关供电电路主要由两个PMOS管组成，在控制电路调整合适的参数时，可以调节SCSI硬盘插入时它的供电线路中的串接的等效电阻，从而控制插入瞬间的供电电流；SCA-2接插件主要是起着配合作用，控制供电的启动还是断开使能。

本发明也可以应用在许多其他的热插拔设备的供电：交换机中的热插拔单板与背板，计算机系统中PCI扩展卡等，其他种类的硬盘，CPU，等需要热插拔设备。在交换机的热插拔单板和背板架构中，往往在单板的输入滤波电路的输入端接有一缓启动电路，以此来避免插拔单板时单板的电源电流尖峰会通过背板上的电源供电线对交换机中的其它单板造成冲击，造成其它单板工作混乱或复位以及因插拔单板造成的火花引起的电源连接器被电弧烧坏，但一般要在电流为5A以下才比较可行，因为太大的电流会导致MOS管的成本剧增，同时稳定性也会下降。

本发明公开的热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制的方法，有以下步骤：

根据所述电子设备的性能，确定所述电子设备不同电压的供电顺序；

判断所述电子设备是否插入，如果插入，根据所述供电顺序首先降低需要先输入电源的串联限流电阻，然后依次降低依次输入电源的串联限流电阻。

在实施例中，降低串联限流电阻是通过降低作为所述串联限流电阻的PMOS管的栅极电压实现的。而降低电压是通过电容的充放电实现，通过调整充放电时间，可以实现依次降低串联限流电阻。

虽然通过实施例描绘了本发明，本领域普通技术人员知道，本发明有许多变形和变化而不脱离本发明的精神，例如，虽然本发明中利用了PMOS管，实际上，NMOS及双极性晶体管也可以实现本发明，另外，虽然两个电容的放电均通过一个管脚，也可以通过不同的管脚。虽然通过放电控制，也可以通过充电控制，虽然以SCSI硬盘描绘本发明，其它硬件也适用本发明。因此，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的精神。

Claims

1.一种热插拔电子设备防浪涌电流及时序控制装置，包括：

第二场效应管或双极性晶体管，所述第二场效应管的栅极或双极性晶体管的基极通过第二电容接地，所述第二场效应管或双极性晶体管的另外两极分别连接外接第二电源和所述电子设备的第二电源输入端；所述第二场效应管的栅极或双极性晶体管的基极还与第三电阻的另一端和第二电阻的一端直接相连，第二电阻的另一端和第一电阻与二极管P极直接相连的一端直接相连；

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一电阻与第二电阻相连的一端通过所述电子设备的插座内连接到地的管脚接地。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述第三电阻的阻值远大于第二电阻的阻值。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述场效应管和第二场效应管为PMOS管。