KR20090022533A - 스위칭 레귤레이터를 이용한 핫스왑 기능 제공 장치 및방법 - Google Patents

스위칭 레귤레이터를 이용한 핫스왑 기능 제공 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

스위칭 레귤레이터를 이용한 핫스왑 기능 제공 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에 따르면, 본체 및 상기 본체에 탈착 가능한 하나 이상의 옵션 장치를 포함하는 시스템에서 핫스왑 기능을 제공하기 위해, 상기 장치 및 상기 장치에 탈착 가능한 하나 이상의 옵션 장치에 전원을 공급하기 위한 전원 공급 장치, 상기 하나 이상의 옵션 장치와의 연결을 위한 커넥터, 및 상기 하나 이상의 옵션 장치의 동작에 필요한 전원의 공급을 제어하기 위한 스위칭부를 포함하는 장치가 제공된다. 상기 실시예에 따르면, 옵션 장치의 실장/탈장 시 옵션 장치에 안정적인 전원을 공급할 수 있다.
Figure P1020070087965
핫스왑, 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터, 소프트 스타트

Description

스위칭 레귤레이터를 이용한 핫스왑 기능 제공 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR PROVIDING HOT-SWAP FUNCTION USING SWITCHING REGULATOR}
본 발명은 전자 시스템에서의 장치나 부품의 탈착을 가능하게 하는 핫스왑(hot-swap) 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 간단한 스위치를 이용하여 안정적인 핫스왑 기능을 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
핫스왑 기능은 운영 중인 전자 시스템에서 시스템 전체의 동작에는 영향을 미치지 않으면서 그 장치나 부품을 교체하는 기능을 말하는 것으로, 최근에 널리 사용되고 있다. 예컨대, 핫스왑 기능을 제공하는 컴퓨터의 경우에는 동작 중에 본체(마더보드)에 하드 드라이브, CD-ROM 드라이브 등의 옵션 장치를 교체해도 컴퓨터의 동작 상태가 그대로 유지되게 된다. 핫스왑 기능은 본체와 옵션 장치로 구성되는 임의의 시스템에서 구현이 가능하며, 예컨대 구내 정보 통신망(LAN)에서의 공유 장비나 스카시(SCSI)와 IDE 하드 드라이브, 복수 배열 독립 디스크(RAID) 장비 등에도 적용 가능하다.
종래에는 핫스왑 기능을 제공하기 위하여 옵션 장치에 별도의 핫스왑 컨트롤러(hot-swap controller)를 사용하거나 돌입전류 방지 회로(inrush protection circuit)를 구현하였다.
옵션 장치 내에 별도의 핫스왑 컨트롤러를 구현하는 방식에 따르면, 본체에서 옵션 장치로의 전원 공급을 핫스왑 컨트롤러를 이용하여 제어한다. 구체적으로, 옵션 장치 내부의 로컬 회로는 본체에 있는 전원 공급 장치로부터 전원(옵션 주 전원)을 공급 받는데, 이 때 옵션 장치와 본체 간을 스위치, 예컨대 전원 FET(power FET)를 통해 연결하여 이 FET를 핫스왑 컨트롤러가 제어함으로써 본체에서 옵션 장치로의 전원 공급을 제어한다. 이 경우, 핫스왑 컨트롤러는 옵션 장치 내부에 있기는 하나 내부의 로컬 회로와는 별도로 본체의 전원 공급 장치로부터 전원을 공급받는다. 옵션 장치가 실장되고 탈장될 경우의 구체적인 동작을 설명하면, 먼저 옵션 장치 실장 시에는, 본체의 그라운드(ground) 및 핫스왑 컨트롤러 전원이 옵션 주 전원보다 먼저 인가되고, 옵션 주 전원이 핫스왑 컨트롤러에 의해 전원 FET에서 차단되어 돌입전류나 스파크의 발생을 막으며, 핫스왑 컨트롤러가 전원 FET를 천천히 온시켜 로컬 회로에 옵션 주 전원이 천천히 공급되도록 하여, 본체의 전원에의 영향을 최소화한다. 옵션 장치 탈장 시에는, 옵션 주 전원이 먼저 차단되고 나서 그라운드 및 핫스왑 컨트롤러 전원이 차단되어, 주 전원 핀들의 불완전한 접촉으로 인한 스파크의 발생을 막고, 옵션 장치의 전원이 짧은 순간 동안 여러 번 온/오프되어 옵션 장치 내 칩들에 손상을 가할 수 있는 경우를 최소화한다.
그러나, 이와 같이 옵션 장치에 별도의 핫스왑 컨트롤러를 사용하는 경우에는, 복잡한 핫스왑 컨트롤러와 이를 위한 별도의 컨트롤러 전원 핀 및 커넥터 핀이 필요하게 되며, 여러 개의 주 전원 핀들을 짧게 가공해야 하기 때문에 가공 비용이 증가된다. 또한, 컨트롤러 전원 핀이 별도로 필요하기 때문에, 옵션 장치의 실장/탈장 시 이러한 컨트롤러 전원 핀의 불완전한 접촉으로 인한 스파크나 컨트롤러 전원이 짧은 순간 여러 번 온/오프되는 것으로부터 견딜 수 있는 컨트롤러를 사용하여야 하는 문제가 있다. 또한, 옵션 장치의 실장/탈장 시 컨트롤러 전원 핀에 의한 돌입전류가 발생하지 않도록 컨트롤러 전원과 캐패시턴스가 최소화되도록 설계하여야 하는 문제가 있다.
한편, 옵션 장치에 별도의 핫스왑 컨트롤러를 사용하지 않는 경우에는, 옵션 주 전원이 돌입전류 방지 회로를 통해 로컬 회로에 천천히 공급되어 본체의 전원에의 영향을 최소화한다. 옵션 장치 실장 시에는 그라운드가 먼저 인가된 후 옵션 주 전원이 인가되고, 옵션 장치 탈장 시에는 옵션 주 전원이 먼저 차단된 후 그라운드가 차단됨으로써, 주 전원 핀들의 불완전한 접촉으로 인한 스파크의 발생을 막고, 옵션 장치의 전원이 짧은 순간 동안 여러 번 온/오프되어 옵션 장치 내 칩들에 손상을 가할 수 있는 경우를 최소화한다.
이와 같이 옵션 장치에 별도의 핫스왑 컨트롤러를 사용하지 않는 경우에도, 별도의 돌입전류 방지 회로를 구현하여야 하는 부담이 있으며, 여러 개의 주 전원 핀들을 짧게 가공해야 하기 때문에 가공 비용이 증가된다. 또한, 옵션 장치의 실장/탈장 시 주 전원 핀에 의한 돌입전류가 발생하지 않도록 캐패시턴스가 최소화되도록 설계하여야 하는 문제가 있다.
본 발명은 옵션 장치 설계시 별도의 핫스왑 컨트롤러나 돌입전류 방지 회로를 설계할 필요가 없으면서도 옵션 장치 실장/탈장 시 옵션 장치에 대하여 안정적인 전원을 공급할 수 있는 핫스왑 기능을 제공하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본체 및 상기 본체에 탈착 가능한 하나 이상의 옵션 장치를 포함하는 시스템으로서, 상기 본체는 전원 전압을 출력하는 전원 공급 장치, 상기 전원 공급 장치에 연결되며 출력 포트와 인에이블 포트를 구비하며 상기 전원 전압의 상기 출력 포트로의 전달을 제어하는 스위칭부, 및 상기 스위칭부에 연결되는 제1 커넥터를 포함하고, 상기 옵션 장치는 로컬 회로, 인에이블 신호를 출력하는 인에이블부, 및 상기 로컬 회로 및 상기 인에이블부에 연결되는 제2 커넥터를 포함하며, 상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터는, 상기 옵션 장치가 상기 본체에 실장되는 경우 상기 스위칭부의 출력 포트와 상기 로컬 회로가 먼저 연결된 후 상기 인에이블부로부터의 인에이블 신호가 상기 스위칭부의 인에이블 포트로 공급되도록 구성되며, 상기 스위칭부는 상기 인에이블 포트로 상기 인에이블 신호가 공급되는 것에 응답하여 상기 전원 전압을 상기 출력 포트로 전달하는 시스템이 제공된다.
본 발명에 따르면, 옵션 장치의 실장/탈장 시 옵션 장치에 안정적인 전원을 공급할 수 있으며, 주 전원 핀들의 불완전한 접촉으로 인한 스파크를 방지하고, 옵션 장치의 전원이 짧은 순간 여러 번 온/오프되는 현상을 방지하여, 옵션 장치의 주요 칩에 손상을 가하지 않게 된다. 또한, 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터의 소프트 스타트(soft start) 기능을 사용하여, 옵션 장치의 캐패시턴스에 관계없이 돌입전류가 발생하지 않도록 함으로써, 옵션 장치 설계 시에 돌입전류에 대한 별도의 핫스왑 컨트롤러나 돌입전류 방지 회로를 설계할 필요가 없게 되며, 캐패시턴스에 대한 고려를 엄격하게 하지 않을 수 있게 된다. 또한, 인에이블 핀만 짧은 핀으로 가공하여도 충분하므로, 커넥터 가공 비용이 상대적으로 저렴해질 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들이 설명된다. 그러나, 이들 실시예들은 특정의 세부 사항들의 전부 또는 일부 없이 실시될 수 있음이 명백하므로, 공지의 절차 단계들 또는 요소들은 상세히 기술되지 않았다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스왑 기능을 제공하는 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(100)은 본체(120)와 하나 이상의 옵션 장치(160)를 포함할 수 있다. 옵션 장치(160)는 본체(120)에 탈착이 가능한 장치로서, 본체(120)로부터 전원을 공급받아 동작할 수 있다. 비록 도 1에는 설명의 편의를 위하여 하나의 옵션 장치(160)만이 도시되어 있지만, 복수 개의 옵션 장치(160)에 대하여도 본 발명이 적용 가능함을 유의하여야 할 것이다.
본체(120)는 본체(120) 및 옵션 장치(160)에 사용되는 전원을 공급하는 전원 공급 장치(125)를 포함할 수 있다. 또한, 본체(120)는 옵션 장치(160)에 전원 및 그라운드 등을 연결하기 위한 암 커넥터(135)를 포함할 수 있다. 암 커넥터(135)의 단자들 중 적어도 한 단자, 바람직하게는 최하위에 위치한 단자를, 도시된 바와 같이 그라운드에 연결할 수 있다. 또한, 본체(120)는 라인(127)을 통해 전원 공급 장치(125)에 연결되어 옵션 장치(160)의 동작에 사용되는 전원(이하, 옵션 주 전원)의 공급을 제어하기 위한 스위칭부(130)를 더 포함할 수 있다. 스위칭부(130)의 출력 포트(Out)는 라인(128)을 통해 암 커넥터(135)에 연결되며, 스위칭부의 인에이블 포트(En)는 라인(129)을 통해 암 커넥터(135)에 연결된다.
일 실시예에서, 스위칭부(130)는 스위칭 방식을 사용하여 입력 전력을 원하는 레벨의 출력 전력으로 전환하는 스위칭 레귤레이터(switching regulator)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 스위칭부(130)는 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터(general enabled switching regulator)를 포함할 수 있는데, 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터는 소프트 스타트(soft start) 기능을 제공하여 해당 칩의 인에이블 시 급격한 출력 전류 및 출력 전압 변화를 방지할 수 있다.
범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터는 액티브 하이 인에이블(active high enable) 상태와 액티브 로우 인에이블(active low enable) 상태로 동작할 수 있다. 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터가 액티브 하이 인에이블 상태로 동작하는 경우에는 하이 인에이블 신호가 입력되면 출력 신호를 내보내며, 액티브 로우 인에이블 상태로 동작하는 경우에는 로우 인에이블 신호가 입력되면 출력 신호를 내보내게 된다.
한편, 옵션 장치(160)는 옵션 장치(160)의 기능을 수행하기 위한 로컬 회로(165)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 옵션 장치(160)는 본체(120)의 스위칭부(130)에 인에이블 신호를 제공하기 위한 인에이블부(195)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 인에이블부(195)는 본체(120)의 스위칭부(130)에 제공하기 위한 소정의 신호를 발생시키는 임의의 회로부일 수 있다. 다른 일 실시예에서, 인에이블부(195)는 별도의 회로부로 구성되는 것이 아니라, 인에이블 핀(180)을 그라운드 핀(185)에 연결함으로써, 그라운드 신호를 인에이블 신호로 이용하여 별도의 회로 구성으로 인한 비용을 절감할 수도 있다.
일 실시예에서, 스위칭부(130)는 액티브 하이 인에이블 상태로 동작하는 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터로 구현되는데, 이 경우 그라운드 신호를 인에이블 신호로 이용하는 경우라면 스위칭부(130)는 로우(그라운드) 인에이블 신호를 하이의 인에이블 신호로 변환하기 위한 인버터(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터는 액티브 하이 인에이블 및 액티브 로우 인에이블 상태로 선택적으로 동작 가능하도록 구현되는데, 이 경우 스위칭부(130)는 인버터를 포함하여, 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터의 동작 모드에 따라 인버터를 선택적으로 사용하거나 사용하지 않을 수 있다.
또한, 옵션 장치(160)는 본체(120)의 암 커넥터(135)와 연결할 수 있는 수 커넥터(170)를 포함할 수 있다. 옵션 장치(160)의 수 커넥터(170)는 본체(120)의 암 커넥터(135)에 연결되어 옵션 주 전원을 로컬 회로(165)에 공급하기 위한 하나 이상의 옵션 주 전원 핀(175)을 포함할 수 있다. 수 커넥터(170)의 옵션 주 전원 핀(175)은 라인(190)을 통해 로컬 회로(165)와 연결된다. 또한, 옵션 장치(160)의 수 커넥터(170)는 본체(120)의 암 커넥터(135)에 연결되어 본체(120)로부터 그라운드 전위를 인가받기 위한 하나 이상의 그라운드 핀(185)을 포함할 수 있다. 비록 도 1에 도시되지는 않았으나, 설계에 따라 그라운드 핀(185)은 접지될 수 있다. 또한, 옵션 장치(160)의 수 커넥터(170)는 본체(120)의 암 커넥터(135)에 연결되어, 인에이블부(195)로부터 본체(120)의 스위칭부(130)에 인에이블 신호를 전달하기 위한 하나 이상의 인에이블 핀(180)을 더 포함할 수 있다. 인에이블 핀(180)은 인에이블부(195)에 라인(197)을 통해 연결된다.
일 실시예에서, 인에이블 핀(180)은 옵션 장치(160)의 실장/탈장 시 스파크나 돌입전류가 발생하지 않도록 짧게 가공될 수 있다. 인에이블 핀(180)의 길이는 옵션 주 전원 핀(175)과 그라운드 핀(185)보다 충분히 짧게 함으로써, 옵션 장치(160) 실장 시 옵션 장치(160)가 본체(120)와 완전히 연결된 후에 옵션 장치(160)에 옵션 주 전원이 인가되도록 하고, 옵션 장치(160) 탈장 시 옵션 장치(160) 내에 충전되어 있던 전하들이 충분히 방전된 후 옵션 장치(160)의 옵션 주 전원 핀(175)과 그라운드 핀(185)이 단절되도록 하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 시스템(100)에서 본체(120)에 옵션 장치(160)가 실장/탈장될 때, 어떻게 핫스왑 기능이 수행되는지에 관하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따라 본체(120)에 옵션 장치(160)가 실장될 때에는, 먼저 옵션 장치(160)의 그라운드 핀(185) 및 옵션 주 전원 핀(175)이 본체(120)의 암 커넥터(135)에 연결되고 나서, 시차를 두고 옵션 장치(160)의 인에이블 핀(180)이 본체(120)의 암 커넥터(135)에 연결된다. 이후, 옵션 장치(160)의 인에이블부(195)로부터 라인(197)과 인에이블 핀(180) 및 본체(120)의 라인(129)을 통해 인에이블 신호가 본체(120)의 스위칭부(130)의 인에이블 포트(En)에 인가된다. 이후, 본체(120)의 스위칭부(130)가 온되어, 출력(Out), 즉 옵션 주 전원이 옵션 주 전원 핀(175) 및 라인(190)을 통해 옵션 장치(160)의 로컬 회로(165)에 인가된다.
따라서, 옵션 장치가 안정적으로 본체에 연결된 후에 옵션 장치에 옵션 주 전원이 인가됨으로써, 옵션 주 전원 핀의 불완전한 접촉으로 인한 스파크를 방지할 수 있고, 옵션 장치에 전원이 짧은 순간 여러 번 온/오프되는 현상을 방지하여, 로컬 회로의 주요 칩에 손상을 주지 않게 된다. 또한, 일 실시예에 따라 스위칭부가 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터인 경우, 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터의 소프트 스타트 기능에 의해 옵션 장치의 캐패시턴스에 관계없이 돌입전류가 발생하지 않게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 본체(120)에서 옵션 장치(160)가 탈장될 때에는, 먼저 인에이블 핀(180)이 본체(120)의 암 커넥터(135)로부터 단절되어 스위칭부(130)로의 인에이블 신호의 공급이 차단되게 됨으로써 옵션 장치(160)로의 전원 공급이 중단된다. 이후, 옵션 장치(160)의 그라운드 핀(185) 및 옵션 주 전원 핀(175)이 본체(120)의 암 커넥터(135)로부터 단절된다.
따라서, 옵션 장치 내에 충전되어 있던 전하들이 충분이 방전된 후에 옵션 장치의 그라운드 핀 및 옵션 주 전원 핀이 단절됨으로써, 그라운드 핀 및 옵션 주 전원 핀의 불완전한 접촉으로 인한 스파크를 방지할 수 있고, 옵션 장치에 전원이 짧은 순간 여러 번 온/오프되는 현상을 방지하여, 로컬 회로의 주요 칩에 손상을 주지 않게 된다.
이러한 본원 발명의 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 본체의 암 커넥터와 옵션 장치의 수 커넥터는 서로 바뀌어도 동일한 동작 및 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 옵션 주 전원 핀, 그라운드 핀 및 인에이블 핀은 그 위치, 개수 및/또는 길이에 제한을 받지 않는다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 이하의 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스왑 기능을 제공하는 시스템의 구성을 도시한 도면.

Claims (8)

  1. 본체 및 상기 본체에 탈착 가능한 하나 이상의 옵션 장치를 포함하는 시스템으로서,
    상기 본체는
    전원 전압을 출력하는 전원 공급 장치,
    상기 전원 공급 장치에 연결되며 출력 포트와 인에이블 포트를 구비하며, 상기 전원 전압의 상기 출력 포트로의 전달을 제어하는 스위칭부, 및
    상기 스위칭부에 연결되는 제1 커넥터
    를 포함하고,
    상기 옵션 장치는
    로컬 회로,
    인에이블 신호를 출력하는 인에이블부, 및
    상기 로컬 회로 및 상기 인에이블부에 연결되는 제2 커넥터
    를 포함하며,
    상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터는, 상기 옵션 장치가 상기 본체에 실장되는 경우 상기 스위칭부의 출력 포트와 상기 로컬 회로가 먼저 연결된 후 상기 인에이블부로부터의 인에이블 신호가 상기 스위칭부의 인에이블 포트로 공급되도록 구성되며,
    상기 스위칭부는 상기 인에이블 포트로 상기 인에이블 신호가 공급되는 것에 응답하여 상기 전원 전압을 상기 출력 포트로 전달하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커넥터 및 상기 제2 커넥터는, 상기 옵션 장치가 상기 본체에서 탈장되는 경우 상기 스위칭부의 인에이블 포트와 상기 인에이블부가 먼저 단절된 후 상기 스위칭부의 출력 포트와 상기 로컬 회로가 단절되도록 더 구성되는, 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인에이블 신호는 접지 전위를 포함하는, 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부는 범용 인에이블드 스위칭 레귤레이터(general enabled switching regulator)를 포함하는 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 커넥터는,
    상기 로컬 회로와 연결되고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터가 결합시에 상기 스위칭부의 출력 포트와 연결되도록 구성된 하나 이상의 옵션 주 전원 핀, 및
    상기 인에이블부에 연결되고, 상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터가 결합시에 상기 스위칭부의 인에이블 포트와 연결되도록 구성되는 하나 이상의 인에이블 핀을 포함하는, 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 커넥터는,
    상기 스위칭부의 출력 포트와 연결되는 하나 이상의 제1 소켓, 및
    상기 스위칭부의 인에이블 포트와 연결되는 하나 이상의 제2 소켓을 포함하는, 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터가 결합시에, 상기 옵션 주 전원 핀과 상기 제1 소켓이 결합되고 상기 인에이블 핀과 상기 제2 소켓이 결합되는, 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 인에이블 핀은 상기 옵션 주 전원 핀보다 짧게 가공되는 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015084325A1 (en) * 2013-12-03 2015-06-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Electrical connector assembly
KR20220002505U (ko) * 2021-04-12 2022-10-19 주식회사 이젠 차량용 전자장치

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