CN115513921A - 过流保护电路、电路板组件及热插拔设备 - Google Patents

过流保护电路、电路板组件及热插拔设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电路设计领域，本发明的实施例提供了一种过流保护电路，设置在第一设备中，过流保护电路的第一端连接于第一设备的接口，过流保护电路的第二端连接于第一设备的内部网络，接口用于与第二设备连接，过流保护电路包括：第一耗尽型MOS管、第二耗尽型MOS管、采样模块和并联保护电路，采样模块两端的电压随采样模块上电流的增大而增大，并联保护电路提供了异常泄放回路。本申请在连接第一设备与第二设备产生浪涌电流时，通过增大第一耗尽型MOS管或第二耗尽型MOS管的阻值，增大第一设备与第二设备之间的连接线路的总阻值，进而限制连接线路上的浪涌电流，避免在有馈电的情况下，短时断开连接线路方法无法复位闭合的缺陷，提高了连接线路的可靠性。

Description

过流保护电路、电路板组件及热插拔设备
技术领域
本发明涉及电路设计领域，尤其涉及一种过流保护电路、电路板组件及热插拔设备。
背景技术
热插拔技术是指能够在设备处于带电状态时，将模组、卡或子设备通过热插拔接口插到设备上而不影响设备本身运行的技术，并且***的模组、卡、子设备也能够正常运行，然而在设备进行热插拔的过程中，用来传输数据的热插拔接口上通常会产生浪涌电流，进而会损坏进行热插拔的设备。
目前，技术人员主要是通过短时断开进行热插拔的设备之间的连接线路，来保护进行热插拔的设备，具体是在连接线路上设置开关器件，在检测到连接线路上产生浪涌电流时，通过断开开关器件来断开连接线路；在检测到连接线路上不再有浪涌电流时，通过复位开关器件来恢复连接线路，以供设备通过连接线路传输数据。
由于浪涌电流往往较高，在开关器件处于断开状态时，开关器件两端的电压也会很高，这很可能会损坏开关器件，进而导致开关器件无法通过复位来恢复连接线路，连接线路的可靠性不高。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提供一种过流保护电路、电路板组件及热插拔设备，提供了一种可靠性较高的连接线路(过流保护电路)。
为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种过流保护电路，过流保护电路设置在第一设备中，过流保护电路的第一端连接于第一设备的接口，过流保护电路的第二端连接于第一设备的内部网络，接口用于与第二设备连接，过流保护电路包括：第一耗尽型MOS管、第二耗尽型MOS管和采样模块，采样模块两端的电压随采样模块上电流的增大而增大；第一耗尽型MOS管的漏极作为过流保护电路的第一端，第一耗尽型MOS管的源极连接于采样模块的第一端，采样模块的第二端连接于第二耗尽型MOS管的源极，第二耗尽型MOS管的漏极作为过流保护电路的第二端，第一耗尽型MOS管的栅极连接于采样模块的第二端，第二耗尽型MOS管的栅极连接于采样模块的第一端。
为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种电路板组件，包括上述过流保护电路。
为实现上述目的，本申请实施例还提供了一种热插拔设备，包括上述电路板组件。
本发明的实施例相对于相关技术而言，在连接第一设备与第二设备产生浪涌电流时，通过增大第一耗尽型MOS管或第二耗尽型MOS管的阻值，来增大第一设备与第二设备之间的连接线路的总阻值，进而限制连接线路上的浪涌电流，避免由于采用短时断开连接线路的方法，而出现浪涌电流损坏用来断开连接线路的开关器件，使开关器件难以恢复连接线路的现象，提高了连接线路的可靠性，并且，将连接线路上的浪涌电流限制在一定范围内，可以有效保证与内部网络连接的被保护芯片不会出现闩锁等损坏情况。
附图说明
图1是根据一个实施例的过流保护电路的电路图；
图2是根据一个实施例的过流保护电路的N沟道MOS管的结构图和工作原理图；
图3是根据另一个实施例的过流保护电路的包括TVS管的电路图；
图4是根据另一个实施例的过流保护电路的包括TSS管的电路图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本申请各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本申请的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明的一个实施例涉及一种过流保护电路，设置在第一设备中，用于限制第一设备和用来连接第一设备的第二设备之间的连接线路上的浪涌电流，第一设备与第二设备的连接可以是热插拔连接。具体地，请参考图1，过流保护电路100的第一端连接于第一设备的接口200，过流保护电路100的第二端连接于第一设备的内部网络300，接口200用于与第二设备连接，过流保护电路100包括：第一耗尽型MOS管1、第二耗尽型MOS管2和采样模块3，采样模块3两端的电压会随采样模块3上流过电流的增大而增大。
过流保护电路100的电路连接关系具体如下：第一耗尽型MOS管1的漏极11作为过流保护电路100的第一端，第一耗尽型MOS管1的源极12连接于采样模块3的第一端31，采样模块3的第二端32连接于第二耗尽型MOS管2的源极22，第二耗尽型MOS管2的漏极21作为过流保护电路100的第二端，第一耗尽型MOS管1的栅极13连接于采样模块3的第二端32，第二耗尽型MOS管2的栅极23连接于采样模块3的第一端31。
本实施例中，相较于相关技术中通过短时断开连接线路的方法来避免浪涌电流损坏设备，本申请在连接第一设备与第二设备产生浪涌电流时，通过增大第一耗尽型MOS管或第二耗尽型MOS管的阻值，来增大第一设备与第二设备之间的连接线路的总阻值，进而限制连接线路上的浪涌电流，避免由于采用短时断开连接线路的方法，而出现浪涌电流损坏用来断开连接线路的开关器件，使开关器件难以恢复连接线路的现象，提高了连接线路的可靠性，并且，将连接线路上的浪涌电流限制在一定范围内，可以有效保证与内部网络连接的被保护芯片不会出现闩锁等损坏情况。
在一个实施例中，第一耗尽型MOS管1和第二耗尽型MOS管2均为耗尽型NMOS管，或者，均为耗尽型PMOS管。
对于耗尽型NMOS管，请参考图2的N沟道耗尽型MOS管的结构图和工作原理图，在栅极与源极之间的电压VGS＝0时，漏极和源极之间的沟道已经存在，此时认为NMOS管的漏极和源极之间的电阻趋向于0，可以认为漏极和源极之间处于导通状态，如果增大VGS，使VGS＞0，则会使得漏极和源极之间的沟道变宽，漏极和源极之间的电阻继续趋向于0，漏极和源极之间仍处于导通状态，如果减小VGS，使VGS＜0，则会使得漏极和源极之间的沟道变窄，漏极和源极之间的电阻会不断增大，当VGS小于预设值时，漏极和源极之间的电阻可以认为是无穷大，此时认为漏极和源极之间处于断开状态，预设值一般为-1V–10V。
对于耗尽型PMOS管，与NMOS管的区别在于，如果增大VGS，使VGS＞0，则漏极和源极之间的电阻会不断增大；如果减小VGS，使VGS＜0，则可以认为漏极和源极之间处于导通状态。
下面说明第一耗尽型MOS管1和第二耗尽型MOS管2均为耗尽型NMOS管时，过流保护电路的工作原理。
当浪涌电流为从接口200流向内部网络300的方向时，采样模块3的第一端31的电压与第二端32的电压的差值会显著增大，由于第一耗尽型MOS管1的栅极13连接于采样模块3的第二端32，第一耗尽型MOS管1的源极12连接于采样模块3的第一端31，故此时第一耗尽型MOS管1的VGS会小于0，绝对值增大，根据耗尽型NMOS管的特性可知，此时第一耗尽型MOS管1的源极12和漏极11之间的阻值会增大；由于第二耗尽型MOS管2的栅极23连接于采样模块3的第一端31，第二耗尽型MOS管2的源极22连接于采样模块3的第二端32，故此时第二耗尽型MOS管2的VGS大于0，根据耗尽型NMOS管的特性可知，第二耗尽型MOS管2的寄生二极管会持续导通，故此时连接线路上的总阻值会增大，通过选择合适的NMOS管的型号，就能有效限制连接线路上的浪涌电流，以保证设备安全。
当浪涌电流为从内部网络300流向接口200的方向时，采样模块3的第二端32的电压与第一端31的电压的差值会显著增大，此时第一耗尽型MOS管1的VGS会增大，第二耗尽型MOS管2的VGS会小于0，绝对值增大，根据耗尽型NMOS管的特性可知，此时第二耗尽型MOS管2的源极22和漏极21之间的阻值会显著增大，而第一耗尽型MOS管1的寄生二极管持续导通，故连接线路上的总阻值会增大，通过选择合适的NMOS管的型号，就能有效限制连接线路上的浪涌电流，以保证设备安全。
第一耗尽型MOS管1和第二耗尽型MOS管2均为耗尽型PMOS管时，相较于均为NMOS管时，过流保护电路的工作原理的区别在于，当浪涌电流为从接口200流向内部网络300的方向时，第二耗尽型MOS管2的源极22和漏极21之间的阻值会显著增大，而第一耗尽型MOS管1的寄生二极管持续导通，连接线路上的总阻值增大；当浪涌电流为从内部网络300流向接口200的方向时，第一耗尽型MOS管1的源极12和漏极11之间的阻值增大，而第二耗尽型MOS管2的寄生二极管持续导通，连接线路上的总阻值增大。
在一个实施例中，提供了采样模块3的一种具体实现形式，请参考图1，采样模块3包括采样电阻R，采样电阻R的第一端作为采样模块3的第一端31，采样电阻R的第二端作为采样模块3的第二端32，采样电阻R可以为定值电阻，因为定值电阻两端的电压会随定值电阻上电流的增大而增大。在一个实施例中，采样电阻R为PTC(Positive TemperatureCoefficient,正温度系数热敏电阻器件)，PTC的阻值会随着温度的升高而增大。本实施例中，当浪涌电流持续的时间较长时，PTC会不断耗能发热，这会导致PTC周围的温度升高，PTC的阻值增大，以进一步增大第一设备和第二设备之间的连接线路的总阻值，进而进一步限制连接线路上的浪涌电流，有效保证设备安全，而当浪涌电流逐渐消失时，PTC上流过的电流逐渐恢复正常，故此时PTC的发热量相较于存在浪涌电流时的发热量更小，故PTC周围的温度会降低，此时PTC的阻值会逐渐减小，可以使连接线路的总阻值恢复到正常范围内，在一定程度上可以减小电力损耗，节约电力资源。
在一个实施例中，第一耗尽型MOS管1、第二耗尽型MOS管2和采样电阻R均通过PCB焊盘连接，采样电阻R为PTC。本实施例中，当浪涌电流持续的时间较长时，第一耗尽型MOS管和第二耗尽型MOS管也会耗能发出较多热量，这些热量可以通过共同连接的PCB焊盘传递给PTC，以加速PTC阻值的增大，进而能够更快地增大连接线路上的总阻值，以尽快限制连接线路上的浪涌电流，进一步保证了设备安全。
本发明的另一实施例涉及一种过流保护电路，请参考图3，过流保护电路100还包括并联保护电路4，并联保护电路4的第一端41连接于第一耗尽型MOS管1的漏极11，或连接于第二耗尽型MOS管2的漏极21，并联保护电路4的第二端42接地。
并联保护电路4会在并联保护电路4的第一端41的电压大于第一阈值时，控制并联保护电路4的第一端41的电压等于第二阈值，第二阈值小于或等于第一阈值。
具体地，在不存在浪涌电流的情况下，并联保护电路4的第一端41的电压会小于或等于第一阈值，此时并联保护电路4不动作，可以认为并联保护电路4此时处于开路状态。
在存在浪涌电流的情况下，并联保护电路4动作，会形成泄放回路，并联保护电路4的第一端41的电压可能会大于第一阈值，此时并联保护电路4会控制并联保护电路4的第一端41的电压稳定在第二阈值不要再继续升高，可以进一步限制过流保护电路100上的浪涌电流，进而保证设备安全。
在一个实施例中，请参考图3，并联保护电路4包括瞬态抑制二极管(TransientVoltage Suppressor,TVS管)，TVS管的第一端作为并联保护电路4的第一端41，TVS管的第二端作为并联保护电路4的第二端42，其中，第二阈值等于第一阈值。本实施例中，对于TVS管来说，第二阈值是等于第一阈值的，即，当TVS管的第一端的电压大于第一阈值时，TVS管可以将TVS管的第一端的电压钳制在第一阈值，以限制过流保护电路上的浪涌电流，进而保证设备安全。
在一个实施例中，请参考图4，并联保护电路4包括开关型瞬态抑制二极管(Thyristor Surge Suppressor，TSS管)，TSS管的第一端作为并联保护电路4的第一端41，TSS管的第二端作为并联保护电路4的第二端42，其中，第二阈值等于地电位。本实施例中，对于TSS管来说，第二阈值是等于地电位的，即，当TSS管的第一端的电压大于第一阈值时，TSS管直接短路接地，以泄放连接线路上多余的电流，相较于TVS管，TSS管可以更显著地限制过流保护电路上的浪涌电流，进而保证设备安全，但当TSS管连接于内部网络端时，由于TSS管会将TSS管的第一端短路接地，故其适用于允许内部网络短时短路的第一设备。
本实施例中，由于过流保护电路本身已经可以有效限制连接线路上的浪涌电流，并联保护电路仅是起到辅助保护作用，故对并联保护电路的保护要求可以较低，在一定程度上可以减少并联保护电路的成本，并且，并联保护电路多由开关器件组成，并联保护电路的保护要求较低，则这些开关器件的结电容可以较小，进而能够有效增大第一设备和第二设备传输数据的信号带宽。
本发明的一个实施例涉及一种电路板组件，包括上述实施例的过流保护电路。
本发明的一个实施例涉及一种热插拔设备，包括上述实施例的电路板组件。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路设置在第一设备中，所述过流保护电路的第一端连接于所述第一设备的接口，所述过流保护电路的第二端连接于所述第一设备的内部网络，所述接口用于与第二设备连接，所述过流保护电路包括：第一耗尽型MOS管、第二耗尽型MOS管和采样模块，所述采样模块两端的电压随所述采样模块上电流的增大而增大；
所述第一耗尽型MOS管的漏极作为所述过流保护电路的第一端，所述第一耗尽型MOS管的源极连接于所述采样模块的第一端，所述采样模块的第二端连接于所述第二耗尽型MOS管的源极，所述第二耗尽型MOS管的漏极作为所述过流保护电路的第二端，所述第一耗尽型MOS管的栅极连接于所述采样模块的第二端，所述第二耗尽型MOS管的栅极连接于所述采样模块的第一端。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括并联保护电路，所述并联保护电路的第一端连接于所述第一耗尽型MOS管的漏极，或连接于所述第二耗尽型MOS管的漏极，所述并联保护电路的第二端接地；
所述并联保护电路用于在所述并联保护电路的第一端的电压大于第一阈值时，控制所述并联保护电路的第一端的电压等于第二阈值，所述第二阈值小于或等于所述第一阈值。
3.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述并联保护电路包括瞬态抑制二极管，所述瞬态抑制二极管的第一端作为所述并联保护电路的第一端，所述瞬态抑制二极管的第二端作为所述并联保护电路的第二端，其中，所述第二阈值等于所述第一阈值。
4.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述并联保护电路包括开关型瞬态抑制二极管，所述开关型瞬态抑制二极管的第一端作为所述并联保护电路的第一端，所述开关型瞬态抑制二极管的第二端作为所述并联保护电路的第二端，其中，所述第二阈值等于地电位。
5.根据权利要求1至4中任一所述的过流保护电路，其特征在于，所述采样模块包括采样电阻，所述采样电阻的第一端作为所述采样模块的第一端，所述采样电阻的第二端作为所述采样模块的第二端。
6.根据权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述采样电阻的阻值随温度的升高而增大。
7.根据权利要求6所述的过流保护电路，其特征在于，所述第一耗尽型MOS管、所述第二耗尽型MOS管和所述采样电阻均通过PCB焊盘连接。
8.根据权利要求1至4中任一所述的过流保护电路，其特征在于，所述第一耗尽型MOS管和所述第二耗尽型MOS管均为耗尽型NMOS管，或者，均为耗尽型PMOS管。
9.一种电路板组件，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的过流保护电路。
10.一种热插拔设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的电路板组件。
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