CN214412278U - 基于分立元件的浪涌防护电路和计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子电路，提供一种基于分立元件的浪涌防护电路和计算机设备，浪涌防护电路包括开关元件，串接在电源传输线上；开关控制模块，用于控制所述开关元件的导通或关闭；电流检测元件，用于检测电源传输线的电流大小；电压检测元件，用于检测所述开关元件的两端压降大小；功率防护模块，根据所述电流检测元件检测的电流大小、所述电压检测元件检测的两端压降大小来驱动所述开关控制模块控制所述开关元件的开关操作。无需使用专用的热拔插防浪涌芯片，可以根据电源传输线上的电流、电压大小来控制当前的电源传输线是否导通或者关断，实现功率保护，从而以低成本的实现防浪涌功能。

Description

基于分立元件的浪涌防护电路和计算机设备

技术领域

本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及基于分立元件的浪涌防护电路和计算机设备。

背景技术

随着大型网络组网中，传统盒式交换机越来越无法满足需求，框式交换机应用越来越多。框式交换机由多个模块组成，为了方便维护，这些大功率的模块有支持热拔插功能的需求。而当主板与处于工作状态的输入电源连接时，会有瞬态电流流入主板上输入电容，这部分初始电流称为冲击电流。由于幅度较大的冲击电流会造供电系统的电压较大跌落，导致其他模块重启，需要对冲击电流加以限制，用户才可以安全地将主板插入到正在处于工作状态的系统背板电源连接器中。

通常的热拔插设计都是采用专用的热拔插芯片，来控制MOS管的开关，以此来实现热拔插的控制。当前这些专用热拔插管理芯片价格昂贵，导致产品成本过高。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种基于分立元件的浪涌防护电路和计算机设备，旨在解决传统的热拔插防浪涌设计都是采用专用的热拔插芯片实现，存在成本过高的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种基于分立元件的浪涌防护电路，包括：

开关元件，串接在传输电能的电源传输线上；

开关控制模块，与所述开关元件的控制端连接，用于控制所述开关元件的导通或关闭；

电流检测元件，与所述开关元件串联，用于检测所述电源传输线的电流大小；

电压检测元件，与所述开关元件并联，用于检测所述开关元件的两端压降大小；

功率防护模块，与所述电流检测元件、所述电压检测元件以及所述开关控制模块连接，根据所述电流检测元件检测的电流大小、所述电压检测元件检测的两端压降大小来驱动所述开关控制模块控制所述开关元件的开关操作。

在其中一个实施例中，还包括过流防护模块，所述过流防护模块包括连接到所述电流检测元件的正输入端，接收第一参考信号的负输入端，以及连接到所述开关控制模块的输出端，所述过流防护模块根据所述电流检测元件检测的电流大小来驱动所述开关控制模块控制所述开关元件的开关操作。

在其中一个实施例中，所述过流防护模块包括；

第一比较器，包括连接到所述电流检测元件的输出的正输入端，接收所述第一参考信号的负输入端，以及输出端；

第一开关管，包括耦合到所述第一比较器的输出端的控制端，连接到所述开关控制模块的控制端的第一导通端，以及耦合到地的第二导通端，所述第一导通端还连接到电源。

在其中一个实施例中，所述电源为所述电源传输线所传输的电能。

在其中一个实施例中，所述功率防护模块包括：

反相放大器，包括接收第二参考信号的正输入端，连接到所述电压检测元件的负输入端，以及与所述负输入端之间串联一反馈电阻的输出端；

第二比较器，包括连接所述反相放大器输出端的负输入端，连接到所述电流检测元件的正输入端，以及输出端；

第二开关管，包括耦合到所述第二比较器的输出端的控制端，连接到所述开关控制模块的控制端的第一导通端，以及耦合到地的第二导通端。

在其中一个实施例中，所述开关控制模块包括：

第三开关管，包括耦合到所述过流防护模块和所述功率防护模块的控制端，连接到所述电源传输线的第一导通端，以及第二导通端；

第一稳压管，负极连接到所述电源传输线，正极连接到所述第三开关管的第三开关管；

第二稳压管，正极接地，负极通过一分压电阻连接到所述第一稳压管的正极。

在其中一个实施例中，所述第三开关管为PNP型三极管。

在其中一个实施例中，所述电流检测元件包括；

检测电阻，与所述电源传输线串联；

第一差动放大器，两个输入端分别连接所述检测电阻的两端，输出端输出表征所述电流大小的第一检测电压。

在其中一个实施例中，所述电压检测元件包括第二差动放大器，所述第二差动放大器的两个输入端分别连接所述开关元件的两端，输出端输出表征所述两端压降大小的第二检测电压。

本申请实施例的第二方面提供了一种计算机设备，设置有连接接口，所述连接接口具有电源传输线，其特征在于，还包括上述的基于分立元件的浪涌防护电路。

上述的基于分立元件的浪涌防护电路无需使用专用的热拔插防浪涌芯片，可以根据电源传输线上的电流、电压大小来控制当前的电源传输线是否导通或者关断，实现功率保护，从而以低成本的实现防浪涌功能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一提供的基于分立元件的浪涌防护电路的结构示意图；

图2为图1所示的基于分立元件的浪涌防护电路的电路示例图；

图3为本申请实施例二提供的基于分立元件的浪涌防护电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种基于分立元件的浪涌防护电路，包括，包括开关元件11、开关控制模块12、电流检测元件13、电压检测元件14及功率防护模块15。

开关元件11串接在传输电能的电源传输线100上；开关控制模块12与开关元件11的控制端连接，用于控制开关元件11的导通或关闭；电流检测元件13与开关元件11串联，用于检测电源传输线100的电流大小；电压检测元件14与开关元件11并联，用于检测开关元件11的两端压降大小；功率防护模块15与电流检测元件13、电压检测元件14以及开关控制模块12连接，根据电流检测元件13检测的电流大小、电压检测元件14检测的两端压降大小来驱动开关控制模块12控制开关元件11的开关操作。

在电源传输线100的电流，或者检测开关元件11上的功耗超过阀值时，功率防护模块15将驱动开关控制模块12控制开关元件11的关断，以实现防浪涌。另外极端情况下，当后级电路短路，功率防护模块15将使开关元件11保持关闭，保护开关元件11不被烧坏，同时不影响前级或关联的其他电路工作。

请参阅图2，在其中一个实施例中，电流检测元件13包括检测电阻Rs和第一差动放大器131。检测电阻Rs与电源传输线100串联；第一差动放大器131两个输入端分别连接检测电阻Rs的两端，输出端输出表征电源传输线100的电流大小的第一检测电压Vsense。第一差动放大器131是用于将检测电阻Rs上检测到的信号转换并放大成幅值合适的电压信号。

在其中一个实施例中，电压检测元件14包括第二差动放大器U2，第二差动放大器U2的两个输入端分别连接开关元件11的两端，输出端输出表征两端压降大小的第二检测电压Vds。第二差动放大器U2是用于将开关元件11的两端压降转换并放大成幅值合适的电压信号。

在其中一个实施例中，开关控制模块12包括第三开关管Q3、第一稳压管D1及第二稳压管D2。第三开关管Q3包括耦合到过流防护模块16和功率防护模块15的控制端，连接到电源传输线100的第一导通端，以及第二导通端；第一稳压管D1的负极连接到电源传输线100，第一稳压管D1的正极连接到第三开关管Q3的第二导通端；第二稳压管D2的正极接地，第二稳压管D2的负极通过一分压电阻R1连接到第一稳压管D1的正极。第三开关管Q3是PNP型三极管。

本例中，开关元件11一般采用P沟道MOS管。在第三开关管Q3未导通时，第一稳压管D1、分压电阻R1及第二稳压管D2的分压，为P沟道MOS管的栅极提供合适的偏置电压(低电平)，使得P沟道MOS管能导通，而当第三开关管Q3导通后，P沟道MOS管的栅极的电压将直接由电源传输线100提供(高电平)，使得P沟道MOS管能关闭而实施保护功能，最终电路达到一个临界稳态，即流过开关元件11的电流或开关元件11上的功耗刚好处于限定阈值。

请参阅图3，在其中一个实施例中，浪涌防护电路还包括过流防护模块16，过流防护模块16包括连接到电流检测元件13的正输入端，接收第一参考信号V1的负输入端，以及连接到开关控制模块12的输出端，过流防护模块16根据电流检测元件13检测的电流大小来驱动开关控制模块12控制开关元件11的开关操作。

请参阅图2，在其中一个实施例中，过流防护模块16包括；第一比较器U3和第一开关管Q1。第一比较器U3包括连接到电流检测元件13的输出的正输入端，接收第一参考信号V1的负输入端，以及输出端；第一开关管Q1包括耦合到第一比较器U3的输出端的控制端，连接到开关控制模块12的控制端的第一导通端，以及耦合到地的第二导通端，第一导通端还连接到电源。本实施例中，电源为电源传输线100所传输的电能，其他实施例中，可以为一个稳压源。可选地，第一开关管Q1的控制端是通过一个电阻R2和一个电容C1组成的滤波电路连接的第一比较器U3的输出端，第一开关管Q1的第二导通端通过一个接地电阻R3接地。

其中，第一开关管Q1为NPN型三极管，发射极通过接地电阻R3接地，第一参考信号V1可以通过一个分压网络提供，分压网络包括一个分压电阻R4和一个稳压管D3，稳压管D3的负极连接第一比较器U3的负输入端，并通过分压电阻R4连接到电源传输线100，为第一比较器U3的负输入端提供稳定的参考电压V1。在其他实施例中，分压网络可以包括两个分压电阻串接到一个稳压源以提高稳定的参考电压。

具体地，过流防护模块16中，当第一比较器U3接收到的第一检测电压Vsense大于第一参考信号V1时，将输出高电平信号控制第一开关管Q1导通，将向开关控制模块12(第三开关管Q3)提供一个低电平的驱动信号，使得第三开关管Q3导通而关断开关元件11，保护开关元件11不被烧坏的同时防止浪涌信号输入到后级电路，同时不影响前级或并机或级联的其他电路工作，第一检测电压Vsense回复正常后，驱动信号将变为高电平信号，第三开关管Q3关断，从而使得开关元件11重新导通，给后级电路上电。

在其中一个实施例中，功率防护模块15包括反相放大器U4、第二比较器U5以及第二开关管Q2。

反相放大器U4包括接收第二参考信号V2的正输入端，连接到电压检测元件14的负输入端，以及与负输入端之间串联一反馈电阻R5的输出端；第二比较器U5包括连接反相放大器U4输出端的负输入端，连接到电流检测元件13的正输入端，以及输出端；第二开关管Q2包括耦合到第二比较器U5的输出端的控制端，连接到开关控制模块12的控制端的第一导通端，耦合到地的第二导通端。

可选地，第二开关管Q2的控制端是通过一个限流电阻R6连接的第二比较器U5的输出端，第二开关管Q2的第二导通端通过一个接地电阻R7接地，并且第二导通端通过一个电容C2连接到控制端，电容C2用于滤波和/或充电延时。

其中，第二开关管Q2为NPN型三极管，发射极通过接地电阻R7接地，第二参考信号V2可以通过一个分压网络提供，分压网络包括一个分压电阻R8和一个稳压管D4，稳压管D4的负极连接反相放大器U4的正输入端，并通过分压电阻连接到电源传输线100，为反相放大器U4的正输入端提供稳定的参考电压V2。在其他实施例中，分压网络可以包括两个分压电阻串接到一个稳压源以提高稳定的参考电压。

具体地，功率防护模块15中，电压检测元件14的输出Vds越大，则反相放大器U4的输出越小；当反相放大器U4输出大于电流检测模块13的输出第一检测电压Vsense时，比较器U5将输出高电平信号控制第二开关管Q2导通，将向开关控制模块12(第三开关管Q3)提供一个低电平的驱动信号，使得第三开关管Q3导通而关断开关元件11；随着流过开关元件11的电流减小，反相放大器U4输出高于第一检测电压Vsense后，开关控制模块12的驱动信号将变为高电平信号，第三开关管Q3关断，从而使得开关元件11重新导通，给后级电路上电。即开关元件11两端电压越大，允许流过开关元件11的电流越小，此即为限制开关元件11功耗，保护其在热插入上电过程中功耗得到限制，不受损坏。在该实施实例中，当后级电路短路故障，开关元件11上压降持续较大时，功率防护模块可保持开关元件11为关断状态，保护其不受损坏，同时不影响前级或关联的其他电路工作。

本申请实施例的第二方面提供了一种计算机设备，设置有连接接口，连接接口具有电源传输线100，还包括上述的基于分立元件的浪涌防护电路。该计算机设备可以为交换机。

将上述基于分立元件的浪涌防护电路设置到需要热拔插的交换机的主板电源接口上时，省略了高成本的热拔插防浪涌芯片，采用差分放大器、比较器、运放和三极管等分立元件的硬件设计，实现热拔插管理功能，方案成本低；另外，主板电源接口将具有宽输入电压范围，并且限流阈值、限功阈值可以通过更换或调试分立元件的参数而灵活可调，限功率、限流响应时间为微秒级别，快速可靠。并且，浪涌防护电路具有短路保护功能，在其中一个板卡短路时自动关断其电源传输线上的开关元件，保护开关元件不损坏，将故障板卡自动隔离，不影响其他板卡正常工作，维持核心网络正常运转。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，包括：

开关元件，串接在传输电能的电源传输线上；

开关控制模块，与所述开关元件的控制端连接，用于控制所述开关元件的导通或关闭；

电流检测元件，与所述开关元件串联，用于检测所述电源传输线的电流大小；

电压检测元件，与所述开关元件并联，用于检测所述开关元件的两端压降大小；

功率防护模块，与所述电流检测元件、所述电压检测元件以及所述开关控制模块连接，根据所述电流检测元件检测的电流大小、所述电压检测元件检测的两端压降大小来驱动所述开关控制模块控制所述开关元件的开关操作。

2.如权利要求1所述的基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，还包括过流防护模块，所述过流防护模块包括连接到所述电流检测元件的正输入端，接收第一参考信号的负输入端，以及连接到所述开关控制模块的输出端，所述过流防护模块根据所述电流检测元件检测的电流大小来驱动所述开关控制模块控制所述开关元件的开关操作。

3.如权利要求2所述的基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，所述过流防护模块包括；

第一比较器，包括连接到所述电流检测元件的输出的正输入端，接收所述第一参考信号的负输入端，以及输出端；

第一开关管，包括耦合到所述第一比较器的输出端的控制端，连接到所述开关控制模块的控制端的第一导通端，以及耦合到地的第二导通端，所述第一导通端还连接到电源。

4.如权利要求3所述的基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，所述电源为所述电源传输线所传输的电能。

5.如权利要求1所述的基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，所述功率防护模块包括：

反相放大器，包括接收第二参考信号的正输入端，连接到所述电压检测元件的负输入端，以及与所述负输入端之间串联一反馈电阻的输出端；

第二比较器，包括连接所述反相放大器输出端的负输入端，连接到所述电流检测元件的正输入端，以及输出端；

第二开关管，包括耦合到所述第二比较器的输出端的控制端，连接到所述开关控制模块的控制端的第一导通端，以及耦合到地的第二导通端。

6.如权利要求2至4任一项所述的基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，所述开关控制模块包括：

第三开关管，包括耦合到所述过流防护模块和所述功率防护模块的控制端，连接到所述电源传输线的第一导通端，以及第二导通端；

第一稳压管，负极连接到所述电源传输线，正极连接到所述第三开关管的第二导通端；

第二稳压管，正极接地，负极通过一分压电阻连接到所述第一稳压管的正极。

7.如权利要求6所述的基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，所述第三开关管为PNP型三极管。

8.如权利要求1至5任一项所述的基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，所述电流检测元件包括；

检测电阻，与所述电源传输线串联；

第一差动放大器，两个输入端分别连接所述检测电阻的两端，输出端输出表征所述电流大小的第一检测电压。

9.如权利要求1至5任一项所述的基于分立元件的浪涌防护电路，其特征在于，所述电压检测元件包括第二差动放大器，所述第二差动放大器的两个输入端分别连接所述开关元件的两端，输出端输出表征所述两端压降大小的第二检测电压。

10.一种计算机设备，设置有连接接口，所述连接接口具有电源传输线，其特征在于，还包括如权利要求1至9任一项所述的基于分立元件的浪涌防护电路。

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