CN1728552A - 风扇模块的热调换电路系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风扇模块的热调换电路系统，本系统主要包含一软起动电路模块，其在风扇模块热插拔入一应用系统时，负责风扇模块的电源起动。该软起动电路模块具有一电容器及一场效应晶体管，电容器在软起动电路模块的输入电压由非零值切换至零时释放电荷，而场效应晶体管在软起动电路模块的输入电压由非零值切换至零时关断。

Description

风扇模块的热调换电路系统

技术领域

本发明主要为关于一种风扇模块的电路系统，尤其是关于一种风扇模块(fan tray module)的热调换(hot swap)电路系统。

背景技术

在将一风扇模块热插拔(hot plugging)入一应用系统(applicationsystem)并起动风扇模块的瞬间，应用系统会因为其电源供电端突然承受负载而产生电压冲击(voltage spike)及涌入电流(inrush current)并引起火花。这些电压冲击及涌入电流常容易让系统电源供电端的过电压保护(overvoltage protection)装置及过电流保护(over current protection)装置误动作，进而造成应用系统停机。

为了避免上述问题发生，通常会让风扇模块搭载一热调换电路，使得风扇模块热插拔入一应用系统后的起动为一软起动(soft start)，以抑制风扇模块起动瞬间在应用系统内部所产生的电压冲击及涌入电流。

如图1所示，已知常用的热调换电路1是以一模拟式控制器IC 11去驱动一作为晶体管开关的n沟道金属氧化物场效应晶体管(Metal-OxideSemiconductor Field Effect Transistor；MOSFET)12，来进行风扇模块16的软起动，其中齐纳二极管(Zener Diode)13作为一过电压保护装置而电阻器组14作为一过电流保护装置。

然而，这样的做法却有下列缺点：第一、模拟式控制器IC 11的设计成本高、价格昂贵；第二、模拟式控制器IC 11的电压供电范围不够大，其负电压值最大只有0.3伏特，容易让风扇模块16在热插拔(hot-plugging)的瞬间遭受瞬时的负电压(negative voltage)损害；第三、模拟式控制器IC 11对于晶体管开关12的驱动能力不佳；以及第四、热调换电路1在风扇模块的大电流及大电压的电路应用上，对于电压冲击及涌入电流的抑制效果很有限。

此外，热调换电路1缺乏适当的放电路径(discharge loop)，使得部份涌入电流会累积在热调换电路1内，进而在风扇模块16热插拔频繁的情况下，所累积的涌入电流量会触发过应用系统(未表示)的电流保护装置而造成整个应用系统(未表示)的停机。例如，应用系统在大自然打雷闪电造成跳闸后、迅速恢复供电时，往往因为热调换电路1的电容器组15内的电荷并未释放完毕，而造成涌入电流过大而使系统停机。

发明内容

有鉴于上述常规风扇模块的热调换电路的问题，本发明提出一种风扇模块的热调换电路系统，以降低风扇模块的热调换电路系统的制作成本，并让该系统得以在大电流及大电压的环境下操作。

另外，本发明另提出一种风扇模块的热调换电路系统，以提升风扇模块的热调换电路系统及其应用系统的稳定性。

依本发明一实施样态的风扇模块的热调换电路系统，主要包含一软起动电路模块，其在风扇模块热插拔入一应用系统时，负责风扇模块的电源起动。该软起动电路模块具有一电容器及一场效应晶体管，电容器在软起动电路模块的输入电压由非零值切换至零时释放电荷，而场效应晶体管在软起动电路模块的输入电压由非零值切换至零时关断。

一较佳实施例中，本发明的风扇模块的热调换电路系统除了包含上述的软起动电路模块外，还包含一放电电路模块。放电电路模块与软起动电路模块的电容器并联，其至少具有一n沟道MOSFET。当软起动电路模块的输入电压由非零值切换至零时，n沟道MOSFET将会被导通，而让累积在软起动电路模块的电容器内的涌入电流迅速到地而被释放掉，以避免在风扇模块热插拔频繁的情况下，突然的大电流负载造成应用系统停机。

此外，本发明的风扇模块的热调换电路系统更可再包含一过电压保护电路模块或一过电流保护电路模块或两者。

按照上述技术内容，本发明的风扇模块的热调换电路系统除了具有低设计成本的线路结构之外，还能够同时应用在高、低输入电压的线路结构上。再者，本发明能够有效抑制风扇模块在热插拔瞬间所产生的火花、电压冲击及涌入电流，而靠着外加过电流保护及过电压保护装置，可使风扇模块不致因电源电压或电流的异常而烧毁。

附图说明

图1为一示意图，表示一常规风扇模块的热调换电路的配置。

图2为一示意图，表示本发明的风扇模块的热调换电路系统的基本电路配置。

图3为一示意图，表示本发明一较佳实施例的风扇模块的热调换电路系统的电路配置。

图4为一示意图，表示本发明一实施例的风扇模块的热调换电路系统的电路配置。

图5为一示意图，表示本发明一实施例的风扇模块的热调换电路系统的电路配置。

图6为一示意图，表示本发明另一较佳实施例的风扇模块的热调换电路系统的电路配置。

图7为一示意图，表示本发明另一较佳实施例的风扇模块的热调换电路系统的电路配置。

图8为一示意图，表示本发明最佳实施例的风扇模块的热调换电路系统的电路配置。

组件符号说明

1：热调换电路

11：模拟式控制器IC

12：n沟道金属氧化物场效应晶体管

13：齐纳二极管

14：电阻器组

15：电容器组

16：风扇模块

20：软起动电路模块

201-205：电阻器

206-208：二极管

209：齐纳二极管

210：双极型晶体管

211：p沟道MOSFET

212-213：电容器

214：电压输入端

215：电压输出端

200：风扇模块

30：放电电路模块

301-304：电阻器

305：齐纳二极管

306：双极型晶体管

307：n沟道MOSFET

40：过电压电路保护模块

401-404：电阻器

405：齐纳二极管

406-407：电容器

408：运算放大器

409：可控硅整流器

410：电压输入端

50：过电流保护装置

501-503：电阻器

504：检测电阻器

505：齐纳二极管

506-507：双极型晶体管

508：电阻器

具体实施方式

请参见图2，本发明提出一种风扇模块200的热调换电路系统，由包含一由电阻器201-205、二极管206-209、双极型晶体管210、场效应晶体管例如是p沟道空穴型MOSFET 211、电容器212-213等有源、无源组件所构成的软起动电路模块20。

该软起动电路模块20在风扇模块热插拔入一应用系统(未表示)时，通过一电压输入端214接收来自一电压源的输入电压V_in，并通过电压输出端215将电压提供到风扇模块200而软起动(soft start)风扇模块。另外，二极管206-209负责单向引导电流，而电阻器201及202构成一分压电路，双极型晶体管210的基极电连接至电阻器202的一端而发射极则与电阻器202的另一端共同接地。此外，二极管209为一齐纳二极管(Zener Diode)，其与电容器212并联。

当输入电压V_in由非零值切换至零时，场效应晶体管211会从导通状态(ON)切换成关断状态(OFF)，而电容器212及电容器213会将所储存的电荷释放。换句话说，通过利用有源、无源组件所构成的RC电路的充放电特性，可在输入电压V_in由非零值切换至零时，将电压冲击及涌入电流抑制至最低，而有效地避免了风扇模块200在起动的瞬间因负载效应所造成的火花。尤其，在该热调换电路系统中，因免除了模拟式控制器IC的使用，而降低了设计成本并解决了常用热调换电路1的使用控制器IC而带来的问题。

另外，由于本发明亦可应用于大电压及大电流的电路上，因此在电压冲击及涌入电流的抑制效果上有不错的表现。

又，如图4所示，在本发明另一实施例中，热调换电路系统的软起动电路模块20亦可与一过电压保护电路模块40并联连接而成，以避免应用系统的过电压导致整个热调换电路系统及风扇模块200烧毁。

在此，过电压保护电路模块40与软起动电路模块20的电容器213并联，其具有电阻器401-404、齐纳二极管405、电容器406及407、运算放大器408、可控硅整流器(Silicon Control Rectifier；SCR)409。运算放大器408的正电源端通过电压输入端410与一电压源Vcc电连接，运算放大器408的负电源端接地，运算放大器408的输出端电连接至电阻器404与可控硅整流器409的控制极，运算放大器408的同相输入端电连接至电容器406的一端，运算放大器408的反向输入端电连接至电容器407的一端。此外，电容器406的另一端及407的另一端共同接地。

过电压保护电路模块40以运算运算放大器408的输出端电压来触发可控硅整流器409，而利用可控硅整流器409的特性来提供过电压保护的机制，因而可有效避免风扇模块200因为电压输入端214的电压异常而烧毁。

或者，如图5所示，在本发明的另一实施例中，热调换电路系统的软起动电路模块20亦可与一过电流保护电路模块50电连接而成，以避免应用系统的过电流导致热调换电路系统及风扇模块200烧毁。

在此，过电流保护电路模块50与软起动电路模块20的电容器213并联，其具有电阻器501-503、检测电阻器(Rsense，最小单位为mOHm)504、齐纳二极管505、双极型晶体管506及507及电容器508。检测电阻器504的两端分别电连接至电压输出端215及双极型晶体管507的发射极，电容器508与齐纳二极管505并联，而双极型晶体管506的发射极接地。

在过电流保护电路模块50中，晶体管507由检测电阻器504的电压值所驱动，而流经检测电阻器504的电流量被用来当成一个参考值，当该参考值过大时晶体管507将被迅速关断(OFF)，以防止大电流继续通过。

另一方面，如图3所示，在本发明一较佳实施例中，为了解决常用热调换电路1缺乏适当放电路径的问题，本发明的热调换电路系统中加入了一个与软起动电路模块20电连接的放电电路模块30。详细地说，放电电路模块30与电容器213并联，其具有电阻器301-304、齐纳二极管305、双极型晶体管306、场效应晶体管例如是n沟道MOSFET 307。

当电压输入端214的输入电压V_in从非零值切换至零时，n沟道MOSFET 307将会被导通，而让累积在软起动电路模块20中的电容器213内的涌入电流迅速到地而被释放掉，以避免在风扇模块200热插拔频繁的情况下，突然的大电流负载造成应用系统停机。

又，如图6所示，基于图3的较佳实施例的软起动电路模块20及放电电路模块30可与过电压保护电路模块40电连接而成为本发明的另一较佳实施例。或者，如图7所示，软起动电路模块20及放电电路模块30可与过电流保护电路模块50电连接而成为本发明的另一较佳实施例。

另外，如图8所示，基于图6的较佳实施例的软起动电路模块20、放电电路模块30及过电压保护电路模块40可与过电流保护电路模块50电连接而成为本发明的最佳实施例。

换句话说，本发明的风扇模块的热调换电路系统至少包含一软起动电路模块20，而较佳包含放电电路模块30。进一步地，本发明的风扇模块的热调换电路系统可再包含过电压保护电路模块40或过电流保护电路模块50、或同时包含电压保护电路模块40及过电流保护电路模块50两者，使得整个风扇模块200的热调换电路系统不亦遭受应用系统的过电压或过电流而毁坏。

本发明的优点在于：第一、线路基本结构简单及设计成本低；第二、可同时应用在高电压及低电压输入的线路结构；第三、可有效抑制风扇模块在热插拔瞬间所产生的火花、电压冲击及涌入电流；第四、可外加过电流保护及过电压保护装置，俾风扇不致因电源电压或电流的异常而烧毁。

综上，本发明已按照上述的实施例来详加描述。然而，本领域技术人员会了解，本发明的所有的实施例在此仅为例示性而非为限制性，亦即，在不脱离本发明实质精神及范围的情况下，以上所述的风扇模块的热调换电路系统的其它变化例及修正例均为本发明所涵盖。因此，本发明由所提出的权利要求加以限定。

Claims (15)

1.一种风扇模块的热调换电路系统，包含：

一软起动电路模块，其具有一电压输入端，接收一输入电压，该软起动模块包含：

至少一二极管，用以单向引导电流；

一第一双极型晶体管，其发射极接地；

一第一场效应晶体管，在该输入电压由非零值切换至零时关断；及

一第一电容器，其一端与该第一场效应晶体管的漏极电连接，其另一端接地，在该输入电压由非零值切换至零时放电；

一第二电容器，在该输入电压由非零值切换至零时放电；

一第一齐纳二极管，与该第二电容器并联；

一放电电路模块，其与该第一电容器并联，该第一电容器的放电电荷流经该放电电路模块；

一过电压保护电路模块，其与该第一电容器并联；及

一过电流保护电路模块，其与该第一电容器并联，且具有一电连接至该风扇模块的电压输出端。

2.一种风扇模块的热调换电路系统，包含：

一软起动电路模块，具有一第一电容器及一第一场效应晶体管，该第一电容器在该软起动电路模块的一输入电压由非零值切换至零时释放电荷，该第一场效应晶体管在该软起动电路模块的该输入电压由非零值切换至零时关断；

其中，该软起动电路模块在该风扇模块热插拔入一应用系统时，负责该风扇模块的电源起动。

3.如权利要求2所述的风扇模块的热调换电路系统，其中该软起动电路模块还包含：

至少一二极管，用以单向引导电流；

至少一电阻器，用以形成一分压电路，该电阻器的一端接地；

一双极型晶体管，其基极电连接至该电阻器的另一端，其发射极接地；及

一第二电容器，在该软起动电路模块的该输入电压由非零值切换至零时释放电荷。

4.如权利要求2所述的风扇模块的热调换电路系统，其中该软起动电路模块还包含：

至少一二极管，用以单向引导电流；

一双极型晶体管，其发射极接地；及

一第二电容器，在该软起动电路模块的该输入电压由非零值切换至零时释放电荷。

5.如权利要求2所述的风扇模块的热调换电路系统，还包含：

一放电电路模块，与该第一电容器并联，该第一电容器的释放电荷经由该放电电路模块迅速到地，且该放电电路模块包含一第二场效应晶体管，该第二场效应晶体管在该软起动电路模块的该输入电压由非零值切换至零时导通。

6.如权利要求5所述的风扇模块的热调换电路系统，其中该第一场效应晶体管为一p沟道空穴型金属氧化物半导体场效应晶体管，该第二场效应晶体管为一n沟道空穴型MOSFET。

7.如权利要求5所述的风扇模块的热调换电路系统，还包含：

一过电压保护电路模块，与该第一电容器并联，至少具有一运算放大器及一可控硅整流器，该可控硅整流器由该运算放大器的输出端电压驱动。

8.如权利要求5所述的风扇模块的热调换电路系统，还包含：

一过电流保护电路模块，与该第一电容器并联，至少具有一检测电阻器。

9.如权利要求2所述的风扇模块的热调换电路系统，还包含：

一过电压保护电路模块，与该第一电容器并联，至少具有一运算放大器及一可控硅整流器，该可控硅整流器由该运算放大器的输出端电压驱动。

10.如权利要求2所述的风扇模块的热调换电路系统，还包含：

一过电流保护电路模块，与该第一电容器并联，至少具有一检测电阻器。

11.一种风扇模块的热调换电路系统，包含：

一电压输入端，自一电压源接收一输入电压；

至少一二极管，用以单向引导电流；

一双极型晶体管，其发射极接地；

一第一场效应晶体管，在该输入电压由非零值切换至零时关断；

一第二场效应晶体管，在该输入电压由非零值切换至零时导通；

一第一电容器，其一端与该第二场效应晶体管的漏极电连接，其另一端接地，在该输入电压由非零值切换至零时放电；

一第二电容器，在该输入电压由非零值切换至零时放电；及

一电压输出端，电连接至该风扇模块。

12.如权利要求11所述的风扇模块的热调换电路系统，还包含一过电压保护电路模块，其与该第一电容器并联。

13.如权利要求12所述的风扇模块的热调换电路系统，其中该过电压保护电路模块至少包含一运算放大器及一可控硅整流器，该可控硅整流器由该运算放大器的输出端电压驱动。

14.如权利要求11或12所述的风扇模块的热调换电路系统，还包含一过电流保护电路模块，其与该第一电容器并联。

15.如权利要求14所述的风扇模块的热调换电路系统，其中该过电流保护电路模块至少包含一检测电阻器。

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