專利名稱：集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)，尤其涉及通信領(lǐng)域中集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代通信設(shè)備中，機(jī)架式/非隔離低壓背板供電的設(shè)備越來(lái)越普遍，這類設(shè)備的功能模塊通常都由設(shè)備集中供電，其最大優(yōu)點(diǎn)就是供電部分可以節(jié)省隔離DC/DC(直流-直流)轉(zhuǎn)換器成本，功能模塊可隨用戶需求靈活配置。同時(shí)為了方便使用，這些功能模塊均可在機(jī)架上進(jìn)行熱插拔(帶電插拔功能模塊)。功能模塊支持熱插拔需要解決的技術(shù)問(wèn)題之一就是在插拔過(guò)程中對(duì)設(shè)備整機(jī)的電源系統(tǒng)不能造成強(qiáng)干擾，以免影響其它正在正常運(yùn)行的功能模塊。功能模塊插入背板后，通過(guò)Vin電源總線與設(shè)備主電源連接，由相應(yīng)電源進(jìn)行供電，如圖1所示。設(shè)備主電源模塊僅負(fù)責(zé)供電，因此為了避免插拔功能模塊對(duì)電源系統(tǒng)及其他功能模塊的影響，目前的機(jī)架式通信設(shè)備在功能模塊上普遍采用專用熱插拔控制器芯片，再配合CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物)場(chǎng)效應(yīng)管Q來(lái)控制功能模塊插入機(jī)架設(shè)備時(shí)的上電過(guò)程，對(duì)儲(chǔ)能電容C進(jìn)行充電，使功能模塊緩慢上電，如圖2所示。這種控制方式雖然效果不錯(cuò)，也比較可靠，但每個(gè)功能模塊都需要專用熱插拔控制器芯片進(jìn)行緩上電控制，結(jié)果造成材料成本升高和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是針對(duì)功能模塊熱插拔控制電路成本高的缺點(diǎn)，提供一種集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，在保證控制功能模塊緩慢上電效果良好可靠的前提下降低成本。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，包括控制電路和開(kāi)關(guān)器件，所述控制電路與驅(qū)動(dòng)電壓連接，所述開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)在電壓輸入端，其控制端與控制電路連接，所述電壓輸入端連接設(shè)備主電源，其特征在于，所述控制電路包括第一電阻、第二電阻和電容，所述第一電阻與第二電阻串聯(lián)，所述第一電阻接驅(qū)動(dòng)電壓，第二電阻接地，所述電容與第二電阻并聯(lián)，所述電容非接地端與開(kāi)關(guān)器件控制 而連接。本發(fā)明以簡(jiǎn)單的電阻分壓電容充電電路進(jìn)行功能模塊緩上電控制，與采用專用熱插拔控制器芯片的現(xiàn)有技術(shù)相比，成本大大降低，控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。對(duì)于功能模塊比較多的系統(tǒng)，成本效益非常顯著。具體的，所述開(kāi)關(guān)器件為場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極和源極串聯(lián)在電壓輸入端，其柵極為開(kāi)關(guān)器件控制端。優(yōu)選的，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管為N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(通常為CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或簡(jiǎn)稱為場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，特別是N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，非常適合本發(fā)明的控制電路結(jié)構(gòu)，而且場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有功率容量大、取材方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)。或者，所述開(kāi)關(guān)器件為雙極型晶體管，所述雙極型晶體管集電極和發(fā)射極串聯(lián)在電壓輸入端，其基極為開(kāi)關(guān)器件控制端。采用雙極型晶體管，與本發(fā)明的控制電路配合，也可以實(shí)現(xiàn)功能模塊緩上電控制，可以作為本發(fā)明的一種備選方案。具體的，所述電容為瓷片電容。選用瓷片電容具有成本低、漏電小體積小的特點(diǎn)。進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電壓高于輸入端的工作電源電壓。采用較高的驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行分壓充電，可以比較方便地滿足開(kāi)關(guān)器件的控制要求，特別適合采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管或雙極型晶體管的技術(shù)方案。具體的，所述驅(qū)動(dòng)電壓高于輸入端的工作電源電壓3 12V。驅(qū)動(dòng)電壓高于功能模塊輸入端的工作電源電壓T12V，可以滿足大多數(shù)開(kāi)關(guān)器件參數(shù)要求，方便電路設(shè)計(jì)和開(kāi)關(guān)器件的選擇。推薦的，所述驅(qū)動(dòng)電壓由設(shè)備主電源通過(guò)升壓電路升壓得到。利用設(shè)備主電源通過(guò)升壓電路升壓產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓，不但可以最大限度降低系統(tǒng)成本，而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單。具體的，所述升壓電路由DC-DC變換器構(gòu)成。DC-DC變換器集成電路技術(shù)成熟，外圍電路簡(jiǎn)單，參數(shù)規(guī)格選擇范圍大，為本發(fā)明升壓電路的首先。進(jìn)一步的，所述DC-DC變換器輸出端連接有隔離二極管。DC-DC變換器輸出端連接隔離二極管，可以防止電流倒灌對(duì)設(shè)備主電源產(chǎn)生不良影響，是一種簡(jiǎn)單有效的單向隔離技術(shù)。本發(fā)明的有益效果是，以簡(jiǎn)單的電阻電容組成控制電路，對(duì)功能模塊進(jìn)行緩上電控制。具有電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、材料成本低、運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)。


圖1是集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊間電源連接示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)功能模塊上的熱插拔控制電路示意圖；圖3是采用本發(fā)明技術(shù)的功能模塊間電源連接示意圖；圖4是實(shí)施例電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是升壓電路連接示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。機(jī)架式設(shè)備對(duì)功能模塊的控制非常精細(xì)，一臺(tái)機(jī)架式設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，如果新插入一個(gè)功能模塊，設(shè)備控制單元不會(huì)允許其立即上電運(yùn)行，而是首先允許其部分功能先緩慢上電，然后對(duì)其身份進(jìn)行合法性認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)且設(shè)備電力資源充足時(shí)才控制其啟動(dòng)運(yùn)行。也就是一個(gè)功能模塊熱插入機(jī)架式設(shè)備時(shí)，分成兩個(gè)階段的上電控制過(guò)程，第一階段主要是對(duì)功能模塊電源輸入端儲(chǔ)能電容充電過(guò)程的控制，該儲(chǔ)能電容的容量一般較大，如果不對(duì)其充電過(guò)程進(jìn)行控制，當(dāng)插入設(shè)備時(shí)，瞬間的充電電流會(huì)給設(shè)備主電源造成很強(qiáng)沖擊，引起對(duì)其它正常運(yùn)行功能模塊的干擾。第二階段是功能模塊業(yè)務(wù)處理功能部分的上電緩啟動(dòng)控制，由于電源輸入端儲(chǔ)能電容儲(chǔ)備電能的輔助作用，因此第二階段的上電過(guò)程將不會(huì)給設(shè)備主電源造成沖擊。本發(fā)明主要針對(duì)功能模塊第一階段的上電控制過(guò)程，該過(guò)程由于主要針對(duì)功能模塊電源輸入端儲(chǔ)能電容充電過(guò)程的控制，而充電過(guò)程時(shí)序要求不嚴(yán)格，完全可以對(duì)該部分控制電路進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。 本發(fā)明的技術(shù)方案需要在機(jī)架式設(shè)備的電源模塊上，產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓Vopen，通?？梢杂稍O(shè)備主電源通過(guò)升壓電路升壓得到，如利用技術(shù)成熟的DC-DC變換器集成電路等進(jìn)行升壓。該驅(qū)動(dòng)電壓Vopen通常高于設(shè)備主電源輸出的功能模塊工作電壓Vin，根據(jù)開(kāi)關(guān)器件的不同，通常驅(qū)動(dòng)電壓Vopen應(yīng)比工作電壓Vin高3 12V。驅(qū)動(dòng)電壓Vopen輸送到設(shè)備背板上的Vopen電源總線,各功能模塊插入設(shè)備與Vopen電源總線連接,作為熱插拔控制電路的高壓工作電源，如圖3所示。本發(fā)明的設(shè)備背板上，除了原有的設(shè)備主電源Vin電源總線，還多了一條驅(qū)動(dòng)電壓Vopen電源總線。實(shí)施例

本例功能模塊熱插拔控制電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，開(kāi)關(guān)器件采用N溝道COMS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q，控制電路由第一電阻R1、第二電阻R2和電容Cl構(gòu)成。第一電阻Rl —端接驅(qū)動(dòng)電壓，另一端與第二電阻R2連接，第二電阻R2另一端接地，電容Cl與第二電阻R2并聯(lián)，第一電阻Rl與第二電阻R2連接點(diǎn)(即電容Cl的非接地端)與作為開(kāi)關(guān)器件控制端的場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q的柵極連接，場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q的漏極和源極串聯(lián)在電壓輸入端。本例中，電阻R1、R2可以選用普通的金屬膜電阻，電容Cl選用瓷片電容。圖4中電阻RO為場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q柵極的限流電阻，起保護(hù)作用。依據(jù)N溝道CMOS場(chǎng)效應(yīng)管Q的特性，當(dāng)其柵極G的電壓大于源極S的電壓且超過(guò)一定門限值時(shí)(該門限值與CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的參數(shù)相關(guān))，該CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q開(kāi)始導(dǎo)通，隨著電壓VGS (柵極-源極電壓)的逐漸升高，CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q也將逐漸完全導(dǎo)通，即VGS的緩慢上升，可控制CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的緩慢導(dǎo)通，使輸入端電壓Vin (即功能模塊的工作電壓)對(duì)儲(chǔ)能電容C的充電過(guò)程緩慢進(jìn)行。當(dāng)功能模塊插入正在正常運(yùn)行的機(jī)架式設(shè)備時(shí)，由于剛插入的功能模塊CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極電壓為0，所以不導(dǎo)通，插入槽位后，Vopen開(kāi)始通過(guò)電阻Rl對(duì)電容Cl充電，電容Cl上的電壓與CMOS場(chǎng)效應(yīng)管Q的柵極電壓相等，隨著電容Cl上的充電電壓的上升，CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管逐漸導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電容C的緩慢充電控制，使新插入的功能模塊不會(huì)對(duì)設(shè)備主電源產(chǎn)生沖擊，電容Cl上的最大電壓=Vopen X R2/(R1+R2)。本發(fā)明中的各器件參數(shù)關(guān)系如下VGS=VopenXR2/(R1+R2)-Vin=n(η值是一個(gè)與實(shí)際CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管型號(hào)相關(guān)的一個(gè)特性值，一般在3 12之間)，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，需要依據(jù)器件選擇及Vopen電壓來(lái)計(jì)算電阻R1、R2和電容Cl的參數(shù)值。本發(fā)明使用電阻電容充放電控制CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管緩慢導(dǎo)通，還有一個(gè)額外優(yōu)點(diǎn)，就是由于電阻電容充電過(guò)程比較緩慢，具有天然的抗功能模塊插入時(shí)引起的抖動(dòng)干擾功能，對(duì)保持CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的控制導(dǎo)通非常有益。盡管Vopen電壓比設(shè)備主電源電壓Vin要高出3 12V，但由于CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管屬于電壓控制型器件，因此Vopen電源總線上的負(fù)載非常輕，總負(fù)載功率很小，可以在機(jī)架式設(shè)備電源模塊上集中產(chǎn)生，再通過(guò)背板電源總線方式輸送到各功能模塊。如圖5所示，在通常電源模塊的輸出端，并接一個(gè)簡(jiǎn)單的升壓電路(如DC-DC變換器)，輸出驅(qū)動(dòng)電壓Vopen通過(guò)二極管D的隔離后，直接連接到設(shè)備背板的Vopen電源總線上，向各功能模塊輸出高壓工作電源。隔離二極管D的作用是防止電流倒灌。將上述實(shí)施例中的CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q換成NPN雙極型晶體管，其集電極、發(fā)射極和基極分別對(duì)應(yīng)于CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q的漏極、源極和柵極，也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的緩上電控制。
權(quán)利要求
1.集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，包括控制電路和開(kāi)關(guān)器件，所述控制電路與驅(qū)動(dòng)電壓連接，所述開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)在電壓輸入端，其控制端與控制電路連接，所述電壓輸入端連接設(shè)備主電源，其特征在于，所述控制電路包括第一電阻、第二電阻和電容，所述第一電阻與第二電阻串聯(lián)，所述第一電阻接驅(qū)動(dòng)電壓，第二電阻接地，所述電容與第二電阻并聯(lián)，所述電容非接地端與開(kāi)關(guān)器件控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)器件為場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極和源極串聯(lián)在電壓輸入端，其柵極為開(kāi)關(guān)器件控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管為N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)器件為雙極型晶體管，所述雙極型晶體管集電極和發(fā)射極串聯(lián)在電壓輸入端，其基極為開(kāi)關(guān)器件控制端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電容為瓷片電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求Γ5任意一項(xiàng)所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電壓高于輸入端的工作電源電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電壓高于輸入端的工作電源電壓3 12V。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電壓由設(shè)備主電源通過(guò)升壓電路升壓得到。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述升壓電路由DC-DC變換器構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，其特征在于，所述DC-DC變換器輸出端連接有隔離二極管。
全文摘要
本發(fā)明涉及機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)。本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)針對(duì)功能模塊熱插拔控制電路成本高的缺點(diǎn)，公開(kāi)了一種集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，在保證控制功能模塊緩慢上電效果良好可靠的前提下降低成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是，集中供電機(jī)架式設(shè)備功能模塊熱插拔控制系統(tǒng)，包括控制電路和開(kāi)關(guān)器件，所述控制電路與驅(qū)動(dòng)電壓連接，所述開(kāi)關(guān)器件串聯(lián)在電壓輸入端，其控制端與控制電路連接，所述電壓輸入端連接設(shè)備主電源，所述控制電路包括第一電阻、第二電阻和電容，所述第一電阻與第二電阻串聯(lián)，所述第一電阻接驅(qū)動(dòng)電壓，第二電阻接地，所述電容與第二電阻并聯(lián)，所述電容非接地端與開(kāi)關(guān)器件控制端連接。本發(fā)明主要用于通訊設(shè)備。
文檔編號(hào)G05B19/418GK103064376SQ20121055385
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者程鴻博 申請(qǐng)人:邁普通信技術(shù)股份有限公司