CN111934304B - 一种防止热插拔电压突波的保护电路及保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止热插拔电压突波的保护电路及保护方法，涉及电路设计技术领域。所述电路包括功率MOS场效应晶体管、光电耦合器D2及阻抗电阻；所述功率MOS场效应晶体管包括N沟道功率MOS管Q3和P沟道功率MOS管Q2；所述光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极连接，集电极输出端与功率MOS管Q2的G极连接；所述阻抗电阻包括低阻抗电阻R2及高阻抗电阻R3和R4。本实施例采用上述保护电路取代传统热插拔线路上的突波保护组件TVS，有效改善了输入端突波保护的反应速度，并增加了微小突波时的告警功能，避免了突波保护装置反应过慢导致后端组件损坏的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电路设计技术领域，具体来说涉及一种防止热插拔电压突波的保护电路及保护方法。
背景技术
热插拔控制器是分布式电源***中提供高度理想的***保护和电气管理的一种首选方法，尤其满足服务器市场的严格要求。热插拔控制器的特点通常包括对带电电路板***和拆卸的安全控制、故障监控诊断和保护以及高精度电气环境的控制。在实际应用中，如果服务器机架的一个线卡中发生故障，则该故障应与该特定线卡保持隔离，并且既不影响***底板也不影响该带电底板供电的其他线卡。因此，为了保证可靠性，服务器***设计人员必须考虑热插拔电路的寄生效应和相关的瞬态行为。
在现有的设计中，如图1所示，为了防止突波电压损坏易损的下游组件，在分流保护配置时，通常将一个快速响应的单向TVS硅二极管从VIN连接至GND。TVS二极管类似于齐纳二极管，且具有优化的裸片面积和键合功能，可满足雪崩击穿期间存在的大浪涌电流和峰值功耗。因此，从理论上讲采用该种保护机制简单易行，在正常工作条件下，TVS二极管对受保护电路呈高阻抗，但是超过受保护电路的安全工作电压时，TVS二极管工作于雪崩模式，为瞬态电流提供低阻抗接地通路，受保护电路的最大电压通常不大且受限于TVS二极管的钳位电压，瞬态电流减小后TVS器件恢复高阻态。但是在实际使用中，上述保护机制还存在不足之处：首先，使用TVS二极管其反向工作电压的容许偏差很大，根据TVS的数据表，选择TVS需求的反向工作电压越高偏差越大，不能较为精准的选择所需求的TVS二极管；其次，当输入电压有些微变高，但未达到热插拔控制器的过电压保护时，没办法及时通知控制***。
发明内容
本发明实施例提供一种防止热插拔电压突波的保护电路及保护方法，有效改善电压突波保护的反应速度，同时增加微小突波时的告警功能，避免突波保护装置反应过慢导致后端组件损坏的问题。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
本发明一方面提供一种防止热插拔电压突波的保护电路，包括功率MOS场效应晶体管、光电耦合器D2及阻抗电阻；
所述功率MOS场效应晶体管包括N沟道功率MOS管Q3和P沟道功率MOS管Q2；
所述光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极连接，集电极输出端与功率MOS管Q2的G极连接；
所述阻抗电阻包括低阻抗电阻R2及高阻抗电阻R3和R4。
基于上述电路，进一步的，所述阻抗电阻R2、R3和R4的一端接输入电压Vin，另一端分别连接MOS管Q2的S极、光电耦合器D2输入端的阳极以及MOS管Q3的S极，MOS管Q2的D极及光电耦合器D2的发射极均接地。
进一步的，所述保护电路还包括限流电阻R5及限流电阻R7；电阻R5的一端与MOS管Q3的D极连接，另一端接入电路***；电阻R7的一端与光电耦合器D2输入端的阴极连接，另一端接地。
进一步的，所述保护电路还包括电流检测电阻R1、N沟道功率MOS管Q1及输出电容C1；电流检测电阻R1的一端接输入电压Vin，另一端与MOS管Q1的S极连接；MOS管Q1的G极连接热插拔控制器，另一端接输出电压Vout；输出电容C1的一端接输出电压Vout，另一端接地。
如上所述的防止热插拔电压突波的保护电路，当输入端有大的突波电压时，光电耦合器D2的输入端驱动光二级管使之发光，被光探测器接收后产生光电流，再经过进一步放大后输出，进而驱动MOS管Q2的栅极使栅极变为低电平而接地，Q2的漏极与源极导通，等于输入端与地导通，从而有效保护电路。同时光电耦合器D2的输入端光二级管驱动MOS管Q3的栅极，使栅极发出高电平信号至电路***。使用光电耦合器反应速度比较快，且利用高阻抗电阻R3可以比较精准的控制保护的电压值。
当输入端突波电压未达到设定值时，光电耦合器D2的光二级管同样会驱动MOS管Q3的栅极，只是驱动的电位比较低，使栅极发出高电平信号至电路***，使***注意到输入端有突波的产生。
本发明另一方面提供一种防止热插拔电压突波的保护方法，所述保护方法包括以下步骤：
在电压输入端Vin与电路***之间设置N沟道功率MOS管Q3、光电耦合器D2以及P沟道功率MOS管Q2；
将光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极连接，集电极输出端与功率MOS管Q2的G极连接；
将MOS管Q3的D极通过限流电阻R5接入电路***，MOS管Q2的S极、光电耦合器D2输入端的阳极以及MOS管Q3的S极分别通过阻抗电阻R2、R3以及R4与电压输入端Vin连接。
进一步的，如上所述的防止热插拔电压突波的保护方法，还包括下述步骤：
在光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极之间设置限流电阻R7，限流电阻R7的另一端接地；
将MOS管Q2的D极及光电耦合器D2的发射极接地。
进一步的，基于上述保护方法，还包括下述步骤：
设置电流检测电阻R1、N沟道功率MOS管Q1及输出电容C1；
将电流检测电阻R1的一端接输入电压Vin，另一端与MOS管Q1的S极连接；
将MOS管Q1的G极连接热插拔控制器，另一端接输出电压Vout；
将输出电容C1的一端接输出电压Vout，另一端接地。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本申请实施例提供的一种防止热插拔电压突波的保护电路及保护方法，在电压输入端与电路***之间设置N沟道功率MOS管Q3、光电耦合器D2以及P沟道功率MOS管Q2；光电耦合器D2输入端的阴极与MOS管Q3的G极连接，集电极输出端与MOS管Q2的G极连接；MOS管Q3的D极通过限流电阻R5接入电路***，MOS管Q2的S极、光电耦合器D2输入端的阳极以及MOS管Q3的S极分别通过阻抗电阻R2、R3以及R4与电压输入端连接。本实施例采用上述保护电路及方法，取代传统热插拔线路上的突波保护组件TVS，有效改善了输入端突波保护的反应速度，并增加了微小突波时的告警功能，避免了突波保护装置反应过慢导致后端组件损坏的问题。本实施例技术方案可应用于不同的热插拔控制器，并通过改变电阻来进行突波电压保护。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为传统的热插拔电压突波保护电路结构示意图；
图2为本申请实施例一种防止热插拔电压突波的保护电路结构示意图；
图3为本申请实施例一种防止热插拔电压突波的保护方法流程示意图。
具体实施方式
为使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
为了方便对实施例的理解，下面对实施例中涉及的缩略词和关键术语予以解释和说明。
TVS diode：Transient-voltage-suppression diode，瞬态电压抑制二极管；
Hotswap Controller：热插拔控制器；
System：电路***。
图2示出了本申请实施例提供的一种防止热插拔电压突波的保护电路结构示意图。
参照图2，本实施例的防止热插拔电压突波的保护电路，包括功率MOS场效应晶体管、光电耦合器D2及阻抗电阻；
功率MOS场效应晶体管包括N沟道功率MOS管Q3和P沟道功率MOS管Q2；
光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极连接，集电极输出端与功率MOS管Q2的G极连接；
阻抗电阻包括低阻抗电阻R2及高阻抗电阻R3和R4。
具体的，如图2中所示，所述阻抗电阻R2、R3和R4的一端接输入电压Vin，另一端分别连接MOS管Q2的S极、光电耦合器D2输入端的阳极以及MOS管Q3的S极，MOS管Q2的D极及光电耦合器D2的发射极均接地。
进一步的，所述保护电路还包括限流电阻R5及限流电阻R7；电阻R5的一端与MOS管Q3的D极连接，另一端接入电路***；电阻R7的一端与光电耦合器D2输入端的阴极连接，另一端接地。
更具体来说，所述保护电路还包括电流检测电阻R1、N沟道功率MOS管Q1及输出电容C1；电流检测电阻R1的一端接输入电压Vin，另一端与MOS管Q1的S极连接；MOS管Q1的G极连接热插拔控制器，另一端接输出电压Vout；输出电容C1的一端接输出电压Vout，另一端接地。
如上所述的防止热插拔电压突波的保护电路，当输入端有大的突波电压时，光电耦合器D2的输入端驱动光二级管使之发光，被光探测器接收后产生光电流，再经过进一步放大后输出，进而驱动MOS管Q2的栅极使栅极变为低电平而接地，Q2的漏极与源极导通，等于输入端与地导通，从而有效保护电路，导通的电流会根据突波电压大小而定，若电流很大会使电源端过流保护。同时光电耦合器D2的输入端光二级管驱动MOS管Q3的栅极，使栅极发出高电平信号至电路***。使用光电耦合器反应速度比较快，且利用高阻抗电阻R3可以比较精准的控制保护的电压值。
当输入端突波电压未达到设定值时，光电耦合器D2的光二级管同样会驱动MOS管Q3的栅极，只是驱动的电位比较低，使栅极发出高电平信号至电路***，使***注意到输入端有突波的产生。
图3示出了本申请实施例提供的一种防止热插拔电压突波的保护方法流程示意图。
参照图3，本实施例的防止热插拔电压突波的保护方法，包括以下步骤：
S1、在电压输入端Vin与电路***之间设置N沟道功率MOS管Q3、光电耦合器D2以及P沟道功率MOS管Q2；
S2、将光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极连接，集电极输出端与功率MOS管Q2的G极连接；
S3、将MOS管Q3的D极通过限流电阻R5接入电路***，MOS管Q2的S极、光电耦合器D2输入端的阳极以及MOS管Q3的S极分别通过阻抗电阻R2、R3以及R4与电压输入端Vin连接。
进一步的，上述的防止热插拔电压突波的保护方法，还包括下述步骤：
在光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极之间设置限流电阻R7，限流电阻R7的另一端接地；
将MOS管Q2的D极及光电耦合器D2的发射极接地。
进一步的，上述保护方法，还包括下述步骤：
设置电流检测电阻R1、N沟道功率MOS管Q1及输出电容C1；
将电流检测电阻R1的一端接输入电压Vin，另一端与MOS管Q1的S极连接；
将MOS管Q1的G极连接热插拔控制器，另一端接输出电压Vout；
将输出电容C1的一端接输出电压Vout，另一端接地。
本申请实施例提供的一种防止热插拔电压突波的保护方法中未详述的内容，可参照上述实施例中提供的防止热插拔电压突波的保护电路，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下所作的任何修改、改进和等同替换等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种防止热插拔电压突波的保护电路，其特征在于，包括功率MOS场效应晶体管、光电耦合器D2及阻抗电阻；
功率MOS场效应晶体管包括N沟道功率MOS管Q3和P沟道功率MOS管Q2；
光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极连接，集电极输出端与功率MOS管Q2的G极连接；
阻抗电阻包括低阻抗电阻R2及高阻抗电阻R3和R4；
所述阻抗电阻R2、R3和R4的一端接输入电压Vin，另一端分别连接MOS管Q2的S极、光电耦合器D2输入端的阳极以及MOS管Q3的S极，MOS管Q2的D极及光电耦合器D2的发射极均接地。
2.根据权利要求1所述的一种防止热插拔电压突波的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括限流电阻R5及限流电阻R7；电阻R5的一端与MOS管Q3 的D极连接，另一端接入电路***；电阻R7的一端与光电耦合器D2输入端的阴极连接，另一端接地。
3.根据权利要求1所述的一种防止热插拔电压突波的保护电路，其特征在 于，所述保护电路还包括电流检测电阻R1、N沟道功率MOS管Q1及输出电容C1； 电流检测电阻R1的一端接输入电压Vin，另一端与MOS管Q1的S极连接；MOS 管Q1的G极连接热插拔控制器，另一端接输出电压Vout；输出电容C1的一端接 输出电压Vout，另一端接地。
4.根据权利要求1所述的一种防止热插拔电压突波的保护电路，其特征在于，当输入端突波电压超过设定值时，光电耦合器D2的输入端驱动光二级管发光，被光探测器接收后产生光电流并经进一步放大后输出，进而驱动MOS管Q2 使Q2的漏极与源极导通，同时光电耦合器D2的输入端光二级管驱动MOS管Q3 的栅极，使栅极发出高电平信号至电路***。
5.根据权利要求1所述的一种防止热插拔电压突波的保护电路，其特征在于，当输入端突波电压未达到设定值时，光电耦合器D2的光二级管驱动MOS管Q3的栅极，使栅极发出高电平信号至电路***。
6.一种防止热插拔电压突波的保护方法，其特征在于，包括以下步骤： 在电压输入端与电路***之间设置N沟道功率MOS管Q3、光电耦合器D2以及P沟道功率MOS管Q2；
将光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极连接，集电极输出端与功率MOS管Q2的G极连接；
将MOS管Q3的D极通过限流电阻R5接入电路***，MOS管Q2的S极、光电耦合器D2输入端的阳极以及MOS管Q3的S极分别通过阻抗电阻R2、R3以及R4与电压输入端连接；
将MOS管Q2的D极及光电耦合器D2的发射极接地。
7.根据权利要求6所述的一种防止热插拔电压突波的保护方法，其特征在于，还包括下述步骤：
在光电耦合器D2输入端的阴极与功率MOS管Q3的G极之间设置限流电阻R7，电阻R7的另一端接地。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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