JP4227124B2 - ファンモジュールのホットスワップ回路システム - Google Patents

Description

本発明は、ファンモジュールの回路システムに関し、特に、ファンモジュールのホットスワップ回路システムに関するものである。

ファンモジュールをアプリケーションシステムにホットプラグし、ファンモジュールを駆動した瞬間、アプリケーションシステムは、その電源供給端子が突然の負荷を受けるために発生するスパイク電圧と突入電流を発生し、火花を出す。これらのスパイク電圧と突入電流は、よくシステムの電源供給端子の過電圧保護装置と過電流保護装置を誤って動作させやすく、アプリケーションシステムの機能停止を招く。

上述の問題の発生を防ぐために、通常、ファンモジュールにホットスワップ回路を搭載し、ファンモジュールがアプリケーションシステムにホットプラグされた時の駆動をソフトスタートさせ、ファンモジュールが駆動した瞬間にアプリケーションシステムの内部で発生するスパイク電圧と突入電流を抑制する。

図１に示すように、従来よく用いられているホットスワップ回路１は、アナログコントローラーＩＣ
１１によってトランジスタスイッチの働きをするｎチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）１２を駆動して、ファンモジュール１６のソフトスタートを行う。ツェナーダイオード１３は、過電圧保護装置として働き、レジスタセット１４は、過電流保護装置として働く。

しかし、このような仕方は、下記の欠点を有する。第一に、アナログコントローラーＩＣ １１の設計コストは高く、価格が高い。第二に、アナログコントローラーＩＣ １１の電圧供給範囲が足りない。その負電圧値は、最大、−３ボルトしかなく、ホットプラブされた瞬間、ファンモジュール１６に一時的な負電圧を受けやすくさせる。第三に、トランジスタスイッチ１２に対するアナログコントローラーＩＣ １１の駆動能力が不充分である。第四に、ホットスワップ回路１をファンモジュールの大きな電流と電圧の回路に用いる時、スパイク電圧と突入電流に対する抑制効果に限りがある。

また、ホットスワップ回路１は、適当な放電ループを欠いており、一部の突入電流をホットスワップ回路１の中に蓄積させ、ファンモジュール１６でホットプラグが頻繁な状態では、蓄積された突入電流量がアプリケーションシステム（未表示）の電流保護装置を触発し、全アプリケーションシステム（未表示）の機能停止を招く。例えば、アプリケーションシステムが大自然の雷の電光でシャットダウンした後、供給電源を迅速に戻した時、ホットスワップ回路１のコンデンサセット１５内の電荷が完全に放電されていないことがよくあることから、突入電流を過大にさせ、システムを機能停止させる。

上述の従来のファンモジュールのホットスワップ回路の問題に鑑みて、本発明は、ファンモジュールのホットスワップ回路システムの製造コストを低減し、このシステムに大きな電流と電圧の状況下で操作できるようにさせるファンモジュールのホットスワップ回路システムを提供する。

また、ファンモジュールのホットスワップ回路システムとアプリケーションシステムの安定性を高めるファンモジュールのホットスワップ回路システムを提供する。

本発明の実施例のファンモジュールのホットスワップ回路システムに基づくと、主に、ファンモジュールがアプリケーションシステムにホットプラグされた時にファンモジュールの電源を駆動するソフトスタート回路モジュールを含む。このソフトスタート回路モジュールは、コンデンサと電界効果トランジスタを有し、コンデンサは、ソフトスタート回路モジュールの入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、電荷を放電し、電界効果トランジスタは、ソフトスタート回路モジュールの入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、ＯＦＦになる。

好ましい実施例では、本発明のファンモジュールのホットスワップ回路システムは、上述のソフトスタート回路モジュールを含む他、放電回路モジュールを更に含む。放電回路モジュールは、ソフトスタート回路モジュールのコンデンサと並列接続され、少なくとも一つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴを有する。ソフトスタート回路モジュールの入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴは、ＯＮにされ、ソフトスタート回路モジュールのコンデンサ内に蓄積された突入電流を素早く接地し、放電されるようにする。ファンモジュールでホットプラグが頻繁な状態で、突然の大きな電流負荷がアプリケーションシステムの機能停止を招くのを防ぐ。

また、本発明のファンモジュールのホットスワップ回路システムは、過電圧保護回路モジュールまたは過電流保護回路モジュール、または両方を更に含むことができる。

上述の技術内容によれば、本発明のファンモジュールのホットスワップ回路システムは、低設計コストの回路構造を有する他、高、低入力電圧の回路構造で同時に用いることができる。また、本発明は、ファンモジュールがホットプラグされた瞬間に発生する火花、スパイク電圧と、突入電流を効果的に抑制することができ、過電流保護と過電圧保護装置を加えることで、ファンを電源電圧または電流の異常による燃焼から防ぐことができる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
[実施例]

図２を参照下さい。本発明は、レジスタ２０１〜２０５、ダイオード２０６〜２０９、バイポーラトランジスタ２１０、例えば、ｐチャネル空乏型ＭＯＳＦＥＴ２１１の電界効果トランジスタ、コンデンサ２１２〜２１３などの能動と受動素子で構成されたソフトスタート回路モジュール２０を含むファンモジュール２００のホットスワップ回路システムを提供する。

このソフトスタート回路モジュール２０は、ファンモジュールをアプリケーションシステム（未表示）にホットプラグする時、電圧入力端子２１４を通して電圧源からの入力電圧Ｖ_ｉｎを受け、電圧出力端子２１５を通して電圧Ｖ_ｏｕｔをファンモジュールに提供し、ファンモジュール２００をソフトスタートする。また、ダイオード２０６〜２０９は、単一方向で電流を導く。レジスタ２０１と２０２は、分圧回路を構成し、バイポーラトランジスタ２１０のベースは、レジスタ２０２の一端に電気的接続され、エミッタは、レジスタ２０２のもう一端と共同接地される。また、ダイオード２０９は、ツェナーダイオード（Ｚｅｎｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、コンデンサ２１２と並列接続される。

入力電圧Ｖ_ｉｎが非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、電界効果トランジスタ２１１は、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切換わり、コンデンサ２１２とコンデンサ２１３は、保存された電荷を放電する。言い換えれば、能動と受動素子で構成されたＲＣ回路の充放電特性を用いることによって、入力電圧Ｖ_ｉｎが非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時に、スパイク電圧と突入電流を最低に抑制し、ファンモジュール２００が駆動した瞬間の負荷の影響により起こる火花を効果的に防ぐことができる。特に、このホットスワップ回路システムでは、アナログコントローラーＩＣの使用を除いたため、設計コストが低減され、従来のホットスワップ回路１のコントローラーＩＣの使用によって生じる問題を解決する。

また、本発明は、大きな電圧と電流の回路で用いることもできることから、スパイク電圧と突入電流の抑制で好ましい効果を上げる。

また、図４に示すように、本発明のもう一つの実施例では、ホットスワップ回路システムはまた、過電圧保護回路モジュール４０と並列接続されて成ることができ、アプリケーションシステムの過電圧がホットスワップ回路システムとファンモジュール２００を燃焼するのを防ぐ。

ここでは、過電圧保護回路モジュール４０は、ソフトスタート回路モジュール２０のコンデンサ２１３と並列接続され、レジスタ４０１〜４０４、ツェナーダイオード４０５、コンデンサ４０６と４０７、演算増幅器４０８、シリコン制御整流素子（ＳＣＲ）４０９を有する。演算増幅器４０８の正電力端子は、電圧入力端子４１０を通して電圧源Ｖ_ＣＣと電気的接続され、演算増幅器４０８の負電力端子は、接地される。演算増幅器４０８の出力端子は、レジスタ４０４とＳＣＲ４０９のゲートに電気接続される。演算増幅器４０８の非反転入力端子は、コンデンサ４０６の一端に電気的接続され、演算増幅器４０８の反転入力端子は、コンデンサ４０７の一端に電気的接続される。また、コンデンサ４０６のもう一端ともう一端は、共同接地される。

過電圧保護回路モジュール４０は、演算増幅器４０８の出力端子電圧によってＳＣＲ４０９を触発し、ＳＣＲ４０９の特性を利用して過電圧保護のメカニズムを提供して、ファンモジュール２００が電圧入力端子２１４の電圧異常よって燃焼するのを効果的に防ぐことができる。

または、図５に示すように、本発明のもう一つの実施例では、ホットスワップ回路システムのソフトスタート回路モジュール２０はまた、過電流保護回路モジュール５０と電気的接続して成ることができ、アプリケーションシステムの過電圧がホットスワップ回路システムとファンモジュール２００を燃焼するのを防ぐ。

ここでは、過電流保護回路モジュール５０は、ソフトスタート回路モジュール２０のコンデンサ２１３と並列接続され、レジスタ５０１〜５０３、センサーレジスタ（Ｒｓｅｎｓｅ、最小単位ｍΩｍ）５０４、ツェナーダイオード５０５、バイポーラトランジスタ５０６と５０７と、コンデンサ５０８を有する。センサーレジスタ５０４の両端は、それぞれ電圧出力端子２１５とバイポーラトランジスタ５０７のエミッタに電気的接続される。コンデンサ５０８は、ツェナーダイオード５０５と並列接続され、バイポーラトランジスタ５０６のエミッタは、接地される。

過電流保護回路モジュール５０では、トランジスタ５０７は、センサーレジスタ５０４の電圧値によって駆動され、センサーレジスタ５０４に流れた電流量は、一つの参考値として用いられる。この参考値が大き過ぎた時、トランジスタ５０７は、素早くＯＦＦにされ、大きな電流が続いて流れるのを防ぐ。

もう一方では、図３に示すように、本発明の好ましい実施例では、従来のホットスワップ回路１が適当な放電ループを欠けている問題を解決するために、本発明のホットスワップ回路システムの中に一つのソフトスタート回路モジュール２０と電気的接続した放電回路モジュール３０を加えた。詳しく言えば、放電回路モジュール３０は、コンデンサ２１３と並列接続され、レジスタ５０１〜５０３、センサーレジスタ（Ｒｓｅｎｓｅ、最小単位ｍΩｍ）３０１〜３０４、ツェナーダイオード３０５、バイポーラトランジスタ３０６、例えば、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３０７の電界効果トランジスタを有する。

電圧入力端子２１４の入力電圧Ｖ_ｉｎが非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３０７は、ＯＮにされ、ソフトスタート回路モジュール２０のコンデンサ２１３内に蓄積された突入電流を素早く接地し、放電されるようにする。ファンモジュール２００が頻繁にホットプラグされる状態で、突然の大きな電流負荷がアプリケーションシステムの機能停止を招くのを防ぐ。

また、図６に示すように、図３に基づいた好ましい実施例のソフトスタート回路モジュール２０と放電回路モジュール３０は、過電圧保護回路モジュール４０と電気的接続して成ることができる本発明のもう一つの好ましい実施例である。または、図７に示すように、ソフトスタート回路モジュール２０と放電回路モジュール３０は、過電流保護回路モジュール５０と電気的接続して成ることができる本発明のもう一つの好ましい実施例である。

また、図８に示すように、図６に基づいた好ましい実施例のソフトスタート回路モジュール２０、放電回路モジュール３０と、過電圧保護回路モジュール４０は、過電流保護回路モジュール５０と電気的接続して成ることができる本発明のもう一つの好ましい実施例である。

言い換えれば、本発明のファンモジュールのホットスワップ回路システムは、少なくとも一つのソフトスタート回路モジュール２０を含み、好ましくは、放電回路モジュール３０を含む。また、本発明のファンモジュールのホットスワップ回路システムは、過電圧保護回路モジュール４０、または過電流保護回路モジュール５０を更に含むことができる。または、過電圧保護回路モジュール４０と過電流保護回路モジュール５０の両方を同時に含み、全ファンモジュール２００のホットスワップ回路システムがアプリケーションシステムの過電圧、または過電流を受けて破損しないようにする。

本発明の利点は、第一に、回路の基本構造が簡単で設計コストが低いことである。第二に、高電圧と低電圧入力の回路構造に同時に用いることができることである。第三に、ファンモジュールがホットプラグされた瞬間に発生する火花、スパイク電圧、突入電流を効果的に抑制できることである。第四に、過電流保護と過電圧保護装置を加え、ファンを電源電圧または電流の異常による燃焼から防ぐことである。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来のファンモジュールのホットスワップ回路の配置を示している。 本発明のファンモジュールのホットスワップ回路システムに基づいた基本回路配置を示している。 本発明の好ましい実施例のファンモジュールのホットスワップ回路システムに基づいた回路配置を示している。 本発明の実施例のファンモジュールのホットスワップ回路システムに基づいた回路配置を示している。 本発明の実施例のファンモジュールのホットスワップ回路システムに基づいた回路配置を示している。 本発明のもう一つの好ましい実施例のファンモジュールのホットスワップ回路システムに基づいた回路配置を示している。 本発明のもう一つの好ましい実施例のファンモジュールのホットスワップ回路システムに基づいた回路配置を示している。 本発明の最も好ましい実施例のファンモジュールのホットスワップ回路システムに基づいた回路配置を示している。

符号の説明

１ ホットスワップ回路
１１ アナログコントローラーＩＣ
１２ ｎチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）
１３ ツェナーダイオード
１４ レジスタセット
１５ コンデンサセット
１６ ファンモジュール
２０ ソフトスタート回路モジュール
２０１〜２０５ レジスタ
２０６〜２０８ ダイオード
２０９ ツェナーダイオード
２１０ バイポーラトランジスタ
２１１ ｐチャネル空乏型ＭＯＳＦＥＴ
２１２〜２１３ コンデンサ
２１４ 電圧入力端子
２１５ 電圧出力端子
２００ ファンモジュール
３０ 放電回路モジュール
３０１〜３０４ レジスタ
３０５ ツェナーダイオード
３０６ バイポーラトランジスタ
３０７ ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ
４０ 過電圧保護回路モジュール
４０１〜４０４ レジスタ
４０５ ツェナーダイオード
４０６〜４０７ コンデンサ
４０８ 演算増幅器
４０９ シリコン制御整流素子（ＳＣＲ）
４１０ 電圧入力端子
５０ 過電流保護回路モジュール
５０１〜５０３ レジスタ
５０４ センサーレジスタ
５０５ ツェナーダイオード
５０６〜５０７ バイポーラトランジスタ
５０８ コンデンサ

Claims (14)

1. 入力電圧を受ける電圧入力端子を有し、
   単一方向で一つの電流を導く少なくとも一つのダイオード、
   エミッタ接地した第一バイポーラトランジスタ、
   ソース電極が前記ダイオードに接続され、前記入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、ＯＦＦになる第一電界効果トランジスタ、
   その一端が前記第一電界効果トランジスタのドレインと電気的接続され、そのもう一端が接地され、前記入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、放電する第一コンデンサ、
   前記第一電界効果トランジスタのソースに電気的に接続され、前記入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、放電する第二コンデンサ、
   前記第二コンデンサと並列接続される第一ツェナーダイオードを含むソフトスタート回路モジュール、
   前記第一コンデンサと並列接続され、前記第一コンデンサの放電した電荷がそこに流れる放電回路モジュール、
   前記第一コンデンサと並列接続される過電圧保護回路モジュール、および
   前記第一コンデンサと並列接続され、且つ、ファンモジュールに電気的接続した電圧出力端子を有する過電流保護回路モジュールを含むホットスワップ回路システム。
2. 第一コンデンサと第一電界効果トランジスタを有し、
   前記第一コンデンサは、その入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、電荷を放電し、前記第一電界効果トランジスタは、その前記入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、ＯＦＦになるソフトスタート回路モジュールを含み、
   前記ソフトスタート回路モジュールは、
   単一方向で電流を導く少なくとも一つのダイオード、
   分圧回路を形成し、その一端が接地された少なくとも一つのレジスタ、そのベースが前記レジスタのもう一端に電気的接続され、そのエミッタが接地されたバイポーラトランジスタ、
   前記ダイオードのカソードと前記第一電界効果トランジスタのゲートの間に接続されたツェナーダイオードを有し、
   ファンモジュールと電気的に接続され、かつ、前記ファンモジュールがアプリケーションシステムにホットプラグされた時、前記ファンモジュールの電源を駆動するホットスワップ回路システム。
3. 前記ソフトスタート回路モジュールは、
   前記第一電界効果トランジスタに電気的に接続され、前記ソフトスタート回路モジュールの前記入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切り換えられた時、放電する第二コンデンサを更に含む請求項２に記載のホットスワップ回路システム。
4. 前記第一コンデンサと並列接続され、前記第一コンデンサの放電した電荷がそこを経由し、素早く接地し、且つ、前記ソフトスタート回路モジュールの前記入力電圧が非ゼロ値からゼロ値に切換えられた時、ＯＮになる前記第二電界効果トランジスタを含む放電回路モジュールを更に含む請求項２に記載のホットスワップ回路システム。
5. 前記第一電界効果トランジスタは、ｐチャネル空乏型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、
   第二電界トランジスタは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴである請求項４に記載のホットスワップ回路システム。
6. 前記第一コンデンサと並列接続され、少なくとも一つの演算増幅器と、前記演算増幅器の出力端子電圧によって駆動される一つのシリコン制御整流素子（ＳＣＲ）を有する過電圧保護回路モジュールを更に含む請求項４に記載のホットスワップ回路システム。
7. 前記第一コンデンサと並列接続され、少なくとも一つのセンサーレジスタを有する過電流保護回路モジュールを更に含む請求項４に記載のホットスワップ回路システム。
8. 前記第一コンデンサと並列接続され、少なくとも一つの演算増幅器と、
   前記演算増幅器の出力端子によって駆動される一つのシリコン制御整流素子とを有する過電圧保護回路モジュールを更に含む請求項２に記載のホットスワップ回路システム。
9. 前記第一コンデンサと並列接続され、少なくとも一つのセンサーレジスタを有する過電流保護モジュールを更に含む請求項２に記載のホットスワップ回路システム。
10. 電圧源から入力電圧を受ける電圧入力端子と、
    外接のファンモジュールに電気的に接続される電圧出力端子と、
    アノードが前記電圧入力端子に接続される少なくとも一つの第一ダイオードと、
    前記電圧出力端子に接続された一端と、接地されたもう一端とを有する第一コンデンサと、
    前記ダイオードのカソードに接続された第一電極と、前記第一コンデンサに一端が接続された第二電極と、ゲートを有する第一電界効果トランジスタと、
    前記ダイオードのカソードに接続された第一電極と、前記接地に接続された第二電極と、ベースを有する第一バイポーラトランジスタと、
    前記電圧入力端子と前記第一バイポーラトランジスタのベースを接続する分圧回路、
    アノードが前記第一ダイオードのカソードに接続され、カソードが前記第一電界効果トランジスタのゲートに接続される第二ダイオード、および
    前記第一ダイオードのカソードと前記第一電界効果トランジスタのゲートの間に接続されたツェナーダイオードを含むホットスワップ回路システム。
11. 前記第一コンデンサと並列接続される放電回路モジュールを更に含み、前記第一コンデンサの放電電荷が前記放電回路モジュールに流れる請求項１０に記載のホットスワップ回路システム。
12. 前記第一コンデンサと並列接続される過電圧保護回路モジュールを更に含む請求項１０又は１１に記載のホットスワップ回路システム。
13. 前記第一コンデンサと並列接続され、かつ前記ファンモジュールの前記電圧出力端子に電気的に接続される過電流保護回路モジュールを更に含む請求項１０又は１１に記載のホットスワップ回路システム。
14. 前記第一コンデンサと並列接続され、かつ、前記ファンモジュールの前記電圧出力端子に電気的に接続される過電流保護回路モジュールを更に含む請求項１２に記載のホットスワップ回路システム。

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