CN217159265U - 一种热插拔电源控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热插拔电源控制电路，属于电源控制技术领域，包括：通过热插拔连接的pMOS开关电路和控制回路，所述pMOS开关电路位于设备端，所述控制回路位于板卡端；所述pMOS开关电路用于通过控制pMOS开启时间，实现向所述板卡端延时自动上电，以及待所述板卡端移除时的自动下电；所述控制回路用于通过所述板卡端装配时形成回路，或所述板卡端移除时形成开路，实现对所述pMOS开关电路的开关控制。本实用新型提出的适用于热插拔的电源控制电路，在不需要管理单元介入的情况下，采用MOS开关实现板卡装配时的电源延时自动上电以及板卡移除时的自动下电，降低开发复杂度，减少了设计成本。

Description

一种热插拔电源控制电路

技术领域

本实用新型涉及电源控制技术领域，尤其涉及一种热插拔电源控制电路。

背景技术

通常在设备器件使用时，需根据不同的功能需求选择不同的板卡进行匹配，一般都是将板卡与设备侧进行匹配连接，常用的连接方式便是热插拔。

板卡在进行热插拔操作时，连接器的机械接触点会在接触瞬间出现弹跳引起电源震荡，同时板卡端大量电容造成的充电效应会引起强大的冲击电流，导致板卡损坏，因此热插拔通常需要增加对接入设备的电源进行管理的模块。常见的热插拔管理是通过在设备端使用管理单元，如增加MCU(Micro Controller Unit，微控制单元)、CPLD(ComplexProgrammable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)或者电源管理芯片等，对待装配板卡进行监控，待检测到板卡接入时再对板卡供电，从而实现防护的目的。

而上述采用管理单元实现的电源控制方式比较繁琐，需要软件配合，因此开发难度大，需要引入的元器件多，设计成本较高，同时其应用场景有所局限，比如对于管理单元位于待装配板卡内时，该控制方式不适用。

如何设计更加简单的电源控制电路，无需依赖额外的管理单元，能降低整体实现难度和设计成本，成为需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种热插拔电源控制电路，用于解决现有技术中对电源控制管理需采用管理单元而导致设计难度高，使用场景受限以及实现成本高的问题。

本实用新型提供的热插拔电源控制电路，包括：

通过热插拔连接的pMOS开关电路和控制回路，所述pMOS开关电路位于设备端，所述控制回路位于板卡端；

所述pMOS开关电路用于通过控制pMOS开启时间，实现向所述板卡端延时自动上电，以及待所述板卡端移除时的自动下电；

所述控制回路用于通过所述板卡端装配时形成回路，或所述板卡端移除时形成开路，实现对所述pMOS开关电路的开关控制。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述pMOS开关电路包括pMOS、缓起电容和限流电阻以及开关控制电阻；

所述缓起电容和所述限流电阻通过二极管串联后，与所述pMOS并联；

所述开关控制电阻的一端与电源相连接，另一端与所述控制回路相连接。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述pMOS用于通过pMOS开关对所述板卡端进行供电。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述缓起电容和限流电阻用于通过调整自身参数控制pMOS开启时间。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述开关控制电阻用于通过与所述控制回路进行配合，实现pMOS的开启或关闭。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述pMOS的源极与所述电源相连接，所述pMOS的漏极与输出电源相连接，所述pMOS的栅极与所述限流电阻的一端相连接。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述缓起电容包括栅源极电容Cgs和栅漏极电容Cgs，所述限流电阻包括放电电阻R1；

所述栅源极电容Cgs的一端与所述pMOS的源极相连接，所述栅源极电容Cgs的另一端、所述二极管、所述放电电阻R1以及所述栅漏极电容Cgs的一端顺次连接，所述栅漏极电容Cgs的另一端与所述pMOS的漏极相连接。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述开关控制电阻包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2和所述电阻R3串联连接点与所述pMOS的栅极相连接；

所述电阻R2的一端与所述电源相连接，所述电阻R3的一端与所述控制回路相连接。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述设备端与所述板卡端之间还包括连接器，所述设备端与所述板卡端通过所述连接器进行热插拔。

根据本实用新型提供的一种热插拔电源控制电路，所述板卡端还包括板卡电源，所述板卡电源通过所述设备端的输出电源进行供电。

本实用新型提供的热插拔电源控制电路，在不需要管理单元介入的情况下，采用MOS开关实现板卡装配时的电源延时自动上电以及板卡移除时的自动下电，降低开发复杂度，减少了设计成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的热插拔电源控制电路整体功能框图；

图2为本实用新型提供的热插拔电源控制电路测试实例图。

附图标记：

1：设备端；2：板卡端；3：电源；4：输出电源；5：控制回路；

6：板卡电源；7：连接器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

针对现有技术实现设备与板卡之间的热插拔管理需通过单独的管理单元所带来的局限性，本实用新型采用简单的MOS开关以及若干分立器件，配合板卡的装配和移除，实现电源的自动延时上电与自动下电，从而实现热插拔电源防护目的，同时适用性更广泛。

图1为本实用新型提供的热插拔电源控制电路整体功能框图，如图1所示，包括：

通过热插拔连接的pMOS开关电路和控制回路，所述pMOS开关电路位于设备端，所述控制回路位于板卡端；

所述pMOS开关电路用于通过控制pMOS开启时间，实现向所述板卡端延时自动上电，以及待所述板卡端移除时的自动下电；

所述控制回路用于通过所述板卡端装配时形成回路，或所述板卡端移除时形成开路，实现对所述pMOS开关电路的开关控制。

具体地，如图1所示，本实用新型由位于设备端1的pMOS(positive channel MetalOxide Semiconductor，positive MOS管)开关电路和位于板卡端2的控制回路组成。

其中的pMOS开关电路，通过调整内部元器件的参数值，控制MOS管的开启时间，待板卡端2装配后，向其提供供电，即实现电源的缓起功能。控制回路在板卡端2内部，板卡端2插入设备端1后，该控制回路与pMOS开关电路连通形成回路，与pMOS开关电路配合构成对MOS管的开关控制结构，若板卡端2与设备端1断开连接，则构成开路，从而使电源断开。

这里的pMOS是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管，P沟道硅MOS场效应晶体管在N型硅衬底上有两个P+区，分别叫做源极和漏极，两极之间不通导，源极上加有足够的正电压(栅极接地)时，栅极下的N型硅表面呈现P型反型层，成为连接源极和漏极的沟道。改变栅压可以改变沟道中的空穴密度，从而改变沟道的电阻。这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。如果N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道，加上适当的偏压，可使沟道的电阻增大或减小，这样的MOS场效应晶体管称为P沟道耗尽型场效应晶体管，统称为PMOS晶体管。

P沟道MOS晶体管的空穴迁移率低，因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性，与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。PMOS因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在NMOS电路(见N沟道金属—氧化物—半导体集成电路)出现之后，多数已为NMOS电路所取代。只是，因PMOS电路工艺简单，价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。MOSFET共有三个脚，一般为G、D、S，通过G、S间加控制信号时可以改变D、S间的导通和截止。PMOS和NMOS在结构上完全相像，所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。简单地说，NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。

本实用新型通过采用MOS开关实现板卡装配时的电源延时自动上电以及板卡移除时的自动下电，无需采用单独的管理单元，降低整体开发难度，并减少设计成本。

基于上述实施例，所述pMOS开关电路包括pMOS、缓起电容和限流电阻以及开关控制电阻；

所述缓起电容和所述限流电阻通过二极管串联后，与所述pMOS并联；

所述开关控制电阻的一端与电源相连接，另一端与所述控制回路相连接。

具体地，如图1所示，位于设备端1内部的pMOS开关电路根据实现功能分为三个部分：pMOS、缓起电容和限流电阻以及开关控制电阻；

电源向pMOS的源极输入，pMOS的漏极输出电源，同时缓起电容和限流电阻通过二极管串联后，两端分别与pMOS的源极以及漏极并联，另外pMOS的栅极与二极管和限流电阻的连接点相连接；

与板卡端2对接的开关控制电阻，一端输入电源，另外一端与控制回路对接。

本实用新型采用简单的MOS开关以及若干分立器件，配合实现板卡装配和移除的供电管理，具有结构简单，适用范围广的特点。

基于上述任一实施例，所述pMOS用于通过pMOS开关对所述板卡端进行供电。

所述缓起电容和限流电阻用于通过调整自身参数控制pMOS开启时间。

所述开关控制电阻用于通过与所述控制回路进行配合，实现pMOS的开启或关闭。

具体地，设备端1的pMOS开关是对待装配的板卡端2进行供电，缓起电容和限流电阻为MOS开关的缓起控制部件，通过调整自身参数来控制MOS的开启时间，实现给待装配板卡端2缓起供电的目标，开关控制电阻为MOS控制电路，配合控制回路实现MOS的开启或关闭，从而实现对待装配板卡端2的自动供电和断电，控制回路与开关控制电阻配合使用，当板卡装配时，控制回路导通，MOS开启，设备对板卡供电，当板卡移除时，MOS关闭，设备关闭板卡的供电。

本实用新型通过pMOS开关电路中的独立器件，分别实现对开关电路控制不同功能的控制，以较简单的方式实现了电源控制的开闭合管理。

基于上述任一实施例，所述pMOS的源极与所述电源相连接，所述pMOS的漏极与输出电源相连接，所述pMOS的栅极与所述限流电阻的一端相连接。

具体地，图1中电源输入pMOS的源极，pMOS的漏极输出电源，pMOS的栅极与限流电阻的一端相连接，即和二极管与限流电阻的连接点相接。

本实用新型通过采用MOS开关实现板卡装配时的电源延时自动上电以及板卡移除时的自动下电，降低开发复杂度，减少了设计成本。

基于上述任一实施例，所述缓起电容包括栅源极电容Cgs和栅漏极电容Cgs，所述限流电阻包括放电电阻R1；

所述栅源极电容Cgs的一端与所述pMOS的源极相连接，所述栅源极电容Cgs的另一端、所述二极管、所述放电电阻R1以及所述栅漏极电容Cgs的一端顺次连接，所述栅漏极电容Cgs的另一端与所述pMOS的漏极相连接。

具体地，缓起电容分别包括栅源极电容Cgs和栅漏极电容Cgs，限流电阻为放电电阻R1，栅源极电容Cgs、栅漏极电容Cgs和放电电阻R1通过二极管进行串联。

本实用新型通过采用MOS开关实现板卡装配时的电源延时自动上电以及板卡移除时的自动下电，降低开发复杂度，减少了设计成本。

基于上述任一实施例，所述开关控制电阻包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2和所述电阻R3串联连接点与所述pMOS的栅极相连接；

所述电阻R2的一端与所述电源相连接，所述电阻R3的一端与所述控制回路相连接。

具体地，开关控制电阻由电阻R2和电阻R3相互串联组成，电阻R2一端由电源输入，电阻R3一端与控制回路对接。

根据不同的功能和所处的位置，本实用新型主体包括位于设备端的pMOS，缓起电容Cgs、Cgd以及限流电阻R1，开关控制电阻R2、R3，还包括位于板卡端的控制回路。

需要说明的是，对于MOS开关电路，由于米勒效应的存在，通过调整栅漏极电容Cgd、栅源极电容Cgd以及放电电阻R1的参数可控制MOS开启的时间，从而实现电源的缓起。电阻R2、R3以及位于板卡端的回路构成MOS的开关控制结构，当板卡未装配时，R3开路，MOS栅极电压和源极电压相等，MOS Q1处于关闭状态，即电源是断开的；当板卡装配后，电阻R3通过板卡端对地形成回路，R2和R3构成分压，从而MOS Q1的栅极电压小于源极电压，达到开启条件，MOS在米勒效应下缓慢打开，实现电源的缓起上电。

此处，米勒效应是在电子学中，反相放大电路中，输入与输出之间的分布电容或寄生电容由于放大器的放大作用，其等效到输入端的电容值会扩大1+K倍，其中K是该级放大电路电压放大倍数。虽然一般密勒效应指的是电容的放大，但是任何输入与其它高放大节之间的阻抗也能够通过密勒效应改变放大器的输入阻抗。

本实用新型通过采用MOS开关实现板卡装配时的电源延时自动上电以及板卡移除时的自动下电，降低开发复杂度，减少了设计成本。

基于上述任一实施例，所述设备端与所述板卡端之间还包括连接器，所述设备端与所述板卡端通过所述连接器进行热插拔。

所述板卡端还包括板卡电源，所述板卡电源通过所述设备端的输出电源进行供电。

具体地，如图2所示，设备端1与板卡端2进行热插拔连接时，可通过连接器7对接。

与图1相同，这里的设备端1通过pMOS开关对待装配的板卡端2进行供电，pMOS开关中的缓起控制部件，通过调整自身参数来控制MOS的开启时间，实现给待装配的板卡端2进行缓起供电的目标，pMOS开关中的开关控制电阻，配合控制回路5实现MOS的开启或关闭，实现对待装配的板卡端2的自动供电和断电。

对应地，板卡端2的控制回路5与开关控制电阻组合使用，由于开关控制电阻与输入电源直接相连，当板卡端2装配时，控制回路5导通，MOS开启，设备端1对板卡端2供电，当板卡端2移除时，MOS关闭，设备关闭板卡端2的供电。

在设备带电的情况下，板卡端2未装配时，MOS处于关闭状态，对应接口不带电；当板卡端2装配时，MOS的控制回路5打通，MOS逐步开启，设备端1对对应接口供电，板卡电源6上电；当板卡端2移除时，控制回路5断开，MOS关闭，板卡端对应接口不再供电。

本实用新型通过采用MOS开关电路，从而在不需借助管理单元介入的情况下实现板卡的自动上电和下电操作。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种热插拔电源控制电路，其特征在于，包括：通过热插拔连接的pMOS开关电路和控制回路，所述pMOS开关电路位于设备端，所述控制回路位于板卡端；

所述pMOS开关电路用于通过控制pMOS开启时间，实现向所述板卡端延时自动上电，以及待所述板卡端移除时的自动下电；

所述控制回路用于通过所述板卡端装配时形成回路，或所述板卡端移除时形成开路，实现对所述pMOS开关电路的开关控制。

2.根据权利要求1所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述pMOS开关电路包括pMOS、缓起电容和限流电阻以及开关控制电阻；

所述缓起电容和所述限流电阻通过二极管串联后，与所述pMOS并联；

所述开关控制电阻的一端与电源相连接，另一端与所述控制回路相连接。

3.根据权利要求2所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述pMOS用于通过pMOS开关对所述板卡端进行供电。

4.根据权利要求2所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述缓起电容和限流电阻用于通过调整自身参数控制pMOS开启时间。

5.根据权利要求2所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述开关控制电阻用于通过与所述控制回路进行配合，实现pMOS的开启或关闭。

6.根据权利要求2所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述pMOS的源极与所述电源相连接，所述pMOS的漏极与输出电源相连接，所述pMOS的栅极与所述限流电阻的一端相连接。

7.根据权利要求6所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述缓起电容包括栅源极电容Cgs和栅漏极电容Cgs，所述限流电阻包括放电电阻R1；

所述栅源极电容Cgs的一端与所述pMOS的源极相连接，所述栅源极电容Cgs的另一端、所述二极管、所述放电电阻R1以及所述栅漏极电容Cgs的一端顺次连接，所述栅漏极电容Cgs的另一端与所述pMOS的漏极相连接。

8.根据权利要求6所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述开关控制电阻包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2和所述电阻R3串联连接点与所述pMOS的栅极相连接；

所述电阻R2的一端与所述电源相连接，所述电阻R3的一端与所述控制回路相连接。

9.根据权利要求1所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述设备端与所述板卡端之间还包括连接器，所述设备端与所述板卡端通过所述连接器进行热插拔。

10.根据权利要求1所述的热插拔电源控制电路，其特征在于，所述板卡端还包括板卡电源，所述板卡电源通过所述设备端的输出电源进行供电。

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