CN210405074U - 一种大电流多槽位背板式电源 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种大电流多槽位背板式电源，用来保证电子测量仪器的正常稳定工作，其中包括设置有若干个槽位的背板和多个板卡，所述背板上设置有开关电路、保护电路和电源模块电路，所述板卡上设置有热插拔电路；所述开关电路、保护电路依次连接于电源模块电路的输入端；所述槽位与电源模块电路的输出端相连接；所述保护电路采用过压及防反接保护电路；所述多个板卡上的热插拔电路之间并联相接；所述热插拔电路内部设置有热插拔控制器。本公开解决了现有的电源不具备热插拔、过压及防反接保护功能的问题，使得电源能够满足板卡热插拔测试需要，在电源过压、反接可能烧毁电源时提供保护，同时也能够满足小尺寸、高功耗测试仪器的需求。

Description

一种大电流多槽位背板式电源

技术领域

本公开属于电力电子领域，具体涉及一种大电流多槽位背板式电源。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

电源是保证电子测量仪器正常稳定工作的基本。由于电子测量仪器内部空间和尺寸的限制，有些仪器内部无法容纳大尺寸的电源模块，而且大多数电源模块输出的电流比较小，难以满足高功耗测试仪器整机的供电需求。

目前能够提供电源解决方案的厂家比较多，但电源模块均难以满足部分测试仪器设计尺寸及大电流供电的需求，且缺乏过压、防反接保护及支持热插拔等定制化的需求。例如，美国电源模块厂家Vicor公司的DC/DC模块BCM6123，输入电压范围为36V～60V，输出电压范围为9V～15V，最大输出电流可达130A，可以外部采用48V直流电源输入，输出12V，为高功耗测试仪器提供大电流的供电电源；但是，该电源模块不具备热插拔、过压及防反接保护功能。

实用新型内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种大电流多槽位背板式电源，本公开解决了现有的电源模块不具备热插拔、过压及防反接保护功能的问题，从而使得电源能够满足板卡热插拔测试需要，在电源过压、反接可能烧毁电源时提供保护，同时也能够满足小尺寸、高功耗测试仪器的需求。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种大电流多槽位背板式电源，包括设置有若干个槽位的背板和多个板卡，所述背板上设置有开关电路、保护电路和电源模块电路，所述板卡上设置有热插拔电路；

所述开关电路、保护电路依次连接于电源模块电路的输入端；

所述槽位与电源模块电路的输出端相连接；

所述板卡与背板上的槽位相接；

所述保护电路采用过压及防反接保护电路；

所述热插拔电路内部设置有热插拔控制器。

进一步的，所述多个板卡上的热插拔电路之间并联相接，以满足电子测量仪器的大电流需求。

进一步的，所述背板上还设置有依次相接的以太网接口电路和风扇控制电路，一端与电源模块电路的输出端相接，另一端与背板上的槽位相接。

进一步的，所述背板上设置的若干个槽位大小一致。

进一步的，所述板卡的大小与背板上的槽位保持一致。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1.本公开公开了一种大电流多槽位背板式电源，在电源内部进行改进，保证了电源的尺寸体积较小，便于携带；

2.本公开通过保护电路，实现了电源过压、反向连接时及时给供电电源提供保护功能，从而使得电源不被烧毁；

3.本公开将热插拔电路设置于板卡上，与电源模块电路的输出端相连接，多个板卡之间的热插拔电路并联相接，解决了传统的电源模块输出小电流无法满足高功耗测试仪器的供电需求的问题，实现了电源的热插拔功能，满足了测试仪器的大电流的需求，结合多槽位背板的设计，进一步实现了为测试仪器提供稳定可靠的供电保障这一有益效果。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的大电流多槽位背板式电源结构图；

图2是本公开的背板的结构原理图

图3是本公开的触摸电子开关电路原理图；

图4是本公开的BCM6123电路原理图；

图5是本公开的LTC4380过压及防反接保护电路原理图；

图6是本公开的LTC4234热插拔电路原理图；

图7是本公开的三极管延时开关电路原理图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

本实用新型能够为高功耗测试仪器提供小尺寸、大电流、过压及防反接保护，并且支持热插拔的背板设计技术，为多槽位测试仪器提供稳定可靠的供电保障。

实施例一

如图1所示的大电流多槽位背板式电源，采用了大电流多槽位背板的设计，为电子测量仪器提供了稳定的供电电源，基于多槽位背板结构的设计，实现对仪器供电电源的调试，以保证其正常稳定工作。

在电源模块电路的输入端增加依次相接的开关电路、过压及防反接保护电路，从而构成了电源的背板结构；另外在电源模块电路的输出端增加并联相接的热插拔电路(即板卡)，从而促使大电流多槽位背板式电源既能够为高功耗测试仪器提供大电流供电，又具有防反接功能，同时还能够很好的保护电源芯片，还可以满足板卡热插拔测试的需求。本实用新型中所提出的用于为仪器设备供电的大电流多槽位背板式电源尺寸小巧、灵活，为空间尺寸受限、高功耗的仪器的供电提供很好的解决方案。

在本实施例中，开关电路采用了触摸电子开关电路。

触摸电子开关电路主要是由触发控制器电路和控制执行电路两部分组成，如图3所示，V1、V2、V3、V4和R1、R2、R3、R4等组成触摸控制电路；其工作原理如下：

1.当用手触及电极“1”时，人体的感应信号经过V3放大后，使V1导通，V1集电极为低电平，V4的基极也为低电平，故V4截止，其集电极为高电平，V5的基极也为高电平，故V5导通，继电器K吸合，常开触点闭合，同时并接在继电器K线圈两端上的LED1也被点亮，指示开关处于吸合状态；

2.当用手触及电极“2”时，人体的感应信号经过V2放大，使V4导通，V4集电极为低电平，故V5的基极也为低电平，V5将处于截止状态，继电器K线圈将失电，常开触点将处于断开状态，LED1也将熄灭，指示开关处于断开状态。

在本实施例中，电源模块电路采用了Vicor公司的DC/DC模块BCM6123，其电路原理图如图4所示。

BCM6123为隔离式、固定转换率为1/4的DC/DC转换器，输入电压范围为36V～60V，输出电压范围为9V～15V，最大输出电流可达130A，转化效率达97.4％，功率密度达2870W/in³,具有短路保护功能。BCM6123为了实现更高的功率效率、功率密度和设计灵活性，采用了正弦振幅DC-DC转换技术与Vicor独创的热适应转换器级封装Chip技术，将其封装在热增强型模压化合物中，其两面都有功率组件，可以减少寄生导致的损耗，从而优化了电气和热效能，从而不仅可对整个封装均匀彻底地散热，而且还可利用顶部和底部表面进行散热。由于顶部、底部都可均匀散热，无需借助风扇散热，在提升系统可靠性的同时，进一步减少所需的空间。本实用新型提出的大电流多槽位背板式电源所采用了BCM6123芯片，与其他电源芯片相比，其AC阻抗低，无需大电容，较少的输出滤波器元件，整个电路简单，占用电路板上空间较小。本公开所采用的电源模块电路的设计外部输入采用-48V通讯电源，1/4的转换率，在输出端可以为高功耗测试仪器提供12V直流供电电源。

为使电源过压、反向连接时电源不被烧坏而及时给供电电源提供保护，本公开中引入了过压及防反接保护电路，本实施例中采用了LTC4380低静态电流浪涌抑制器来实现模块中的过压及防反接保护，具体的电路原理图如图5所示。

LTC4380低静态电流浪涌抑制器具有8uA的低工作静态电流，可保护负载免遭高压瞬变的损坏。它通过对一个外部N沟道MOSFET的栅极电压进行箝位，能够在过压时把输出电压限制在一个安全数值，从而提供过压保护。GATE引脚能够驱动背对背MOSFET以提供反向输入保护功能，从而免除了采用肖特基二极管解决方案时的电压降和功率耗散。K_L、K_R两端连接整机电源开关来控制电源通断。在BCM6123前面经过LTC4380过压及防反接保护电路，在电源过压或反接时，也不至于使BCM6123损毁。

为解决传统的电源模块输出小电流无法满足高功耗测试仪器的供电需求的问题，本公开引入了板卡结构，将热插拔电路设置于板卡上，与电源模块电路的输出端相连接，各板卡结构上的热插拔电路之间进行并联相接，进行电源的热插拔，结合多槽位背板的设计，为电子测量仪器提供了稳定的供电电源，基于多槽位背板结构的设计，实现对仪器供电电源的调试，以保证其正常稳定工作。

在采用集中供电的二次电源系统中，板卡插入背板前，背板已经处于稳定的工作状态，所有的容性负载均已充电。在热插拔过程中，待插板卡上的电容瞬间充电，从系统电源吸纳大量的电流，导致背板电压瞬间跌落，影响其它板卡的正常运行。在背板与待插板卡接触的瞬间，背板的输出电阻与待插板卡的电容形成RC充电通道，由于背板的输出电阻很小，浪涌电流非常大。而在板卡拔出的瞬间，板卡上的旁路电容和背板之间形成一个低阻通道，也会产生瞬间大电流。浪涌电流携带大量的能量，会严重损毁器件。因此当需要板卡热插拔操作时，必须使硬件电路满足热插拔的需求。

本实施例中采用了LTC4234是凌力尔特公司的一款20A的热插拔控制器，具体的电路原理图如图6所示。

LTC4234是凌力尔特公司的一款20A的热插拔控制器，以允许在2.9V～15V的带电背板上安全地进行电路板插拔操作。该器件集成了两个最关键和最大的热插拔组件：功率MOSFET和电流检测电阻器，可以缩减设计时间并节省宝贵的电路板面积，能够为高密度电路板提供占板面积很小的热插拔解决方案。其通过控制一个内部N沟道的功率MOSFET以平缓地进行大容量电容器的上电，从而可避免产生电火花、连接器损坏和系统毛刺。LTC4234特别适用于服务器、网络路由器和交换机、固态驱动器和工业系统中的空间受限的电路板和插件卡。采用LTC4234再结合必要的板间连接器，从而使背板满足热插拔的需求，可以有效地以防止插拔时产生的尖峰电压对电源造成损坏。

当插入板卡时，LTC4234在连接器触点弹跳结束后开始进行输出的软起动。该热插拔控制器提供了一个与负载电流成比例的接地参考信号，通过外部模数转换器(ADC)来实现针对动态负载变化和各种不同应用的快速调节。对于较高电流的仪器设备，可以容易地热插拔电路并联的方式来形成解决方案。在过流情况下，该热插拔控制器将通过折返其电流限值在一个可调的超时周期来限制MOSFET的功率耗散。欠压和过压门限可针对超出有效范围的电压为下游负载提供保护，以避免电路发生运行故障和受损。

实施例二

本实施例中，开关电路采用三极管延时开关电路，除了开关电路之外，大电流多槽位背板式电源的设计均与实施例一中保持一致，在此不再进行赘述，下面仅是针对三极管延时开关电路进行了描述。

三极管延时开关电路包括三只三极管，其延时时间在几秒钟到一百多分钟之间，如图7所示，其电路结构简单、可靠，能够满足一般用电设备的需求，其工作原理如下所述：

三极管V1、V2组成复合电路，与电容C1、R1、RP1等共同组成延时电路。电源未接通时，电容C1未充电；当电源未接通时，由于电容C1两端电压不能突变，近似于短路，故V1基极为高电平，V1、V2导通，集电极为低电平，该低电平经R3后，送到V3的基极，由于V3是PNP型三极管，所以V3导通，继电器K吸合，电源正极经过继电器K已经闭合的常开触点，点亮LED1，表明开关现在处于接通状态。

与此同时，R2、C1、RP1组成充电回路，C1开始充电，随着充电的进行，C1的右端电位逐渐上升，V3的基极电位也随之上升，导致V3最终截止，继电器K释放，LED1熄灭，表示延时过程结束。

如果需要再次重复延时过程，只需按下S1，C1的电荷经S1由二极管VD1快速放电，松开S1后，开始新的一次延时过程。

实施例三

在实施例一/二的基础上，增加以太网接口电路、风扇控制电路，通过网口以实现电脑与测试板卡远程通讯和控制风扇转速以满足整机散热的要求。

如图2所示，所述背板上还设置有依次相接的以太网电路和风扇控制电路，一端与电源模块电路的输出端相接，另一端与背板上个若干个槽位相接。

所述以太网电路通过命令对插入的板卡进行远程控制，进行测试设置和结果的获取；

所述风扇控制电路通过复杂可编程逻辑器件(CPLD)使得每个插入的板卡都能通过4线风扇的PWM脚实现独立控制风扇的开关及转速，通过RPM脚回读转速；

以太网接口电路、风扇控制电路的引入，为空间尺寸受限、高功耗的仪器的供电提供了很好的解决方案。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种大电流多槽位背板式电源，其特征在于，包括设置有若干个槽位的背板和多个板卡，所述背板上设置有开关电路、保护电路和电源模块电路，所述板卡上设置有热插拔电路；

所述开关电路、保护电路依次连接于电源模块电路的输入端；

所述槽位与电源模块电路的输出端相连接；

所述板卡与背板上的槽位相接；

所述保护电路采用过压及防反接保护电路；

所述多个板卡上的热插拔电路之间并联相接，以满足电子测量仪器的大电流需求；

所述热插拔电路内部设置有热插拔控制器。

2.如权利要求1所述的一种大电流多槽位背板式电源，其特征在于，所述背板上还设置有依次相接的以太网接口电路和风扇控制电路，一端与电源模块电路的输出端相接，另一端与背板上的槽位相接。

3.如权利要求1所述的一种大电流多槽位背板式电源，其特征在于，所述背板上设置的若干个槽位大小一致。

4.如权利要求1所述的一种大电流多槽位背板式电源，其特征在于，所述板卡的大小与背板上的槽位保持一致。

5.如权利要求1所述的一种大电流多槽位背板式电源，其特征在于，所述开关电路采用触摸电子开关电路；所述触摸电子开关电路中三极管V5的发射极与继电器线圈端相接，通过继电器常开触点所处的状态来控制电路的断开与闭合。

6.如权利要求1所述的一种大电流多槽位背板式电源，其特征在于，所述开关电路采用三极管延时开关电路；所述三极管延时开关电路中的三极管V3的发射极与继电器线圈端相接，通过继电器常开触点所处的状态来控制电路的断开与闭合。

7.如权利要求2所述的一种大电流多槽位背板式电源，其特征在于，所述以太网接口电路上设置有网口结构。

8.如权利要求2所述的一种大电流多槽位背板式电源，其特征在于，所述风扇控制电路内部设置有可编程逻辑器件，能够独立控制风扇的开关及转速。

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