热插拔保护电路及连接器的制作方法

本实用新型涉及电子通信技术领域，具体涉及一种热插拔保护电路及连接器。

背景技术：

热插拔功能是服务器上常见的功能，针对一些具有热拔插功能的模块，允许用户在不关闭系统、不切断电源的情况下将该部件取出和更换，比如硬盘、电源和各类板卡。通过热插拔功能，可以提高服务器对故障的及时恢复能力以及服务器的扩展性和灵活性，从而提高服务器的易用性。

此外，具有热插拔功能的热插拔模块(如连接器)在通过热插拔方式连接到相应接口上时，热插拔模块上电容等容性元件瞬时充电会产生较大的浪涌电流(inrush)，导致热插拔模块的供电异常，影响热插拔模块的正常运作。

目前业界都是通过直流端口(dcport，directcurrentport)为信号源及测试治具提供电源，然后在后面添加一个开关来控制电源的导通与否。然而我们经常在使用完治具后忘记把开关拨到关断档，这样在下一次使用时直接插上电源导致电源瞬间的浪涌电流过大烧坏后级的电路芯片，从而导致治具损坏，这给治具使用者及维护人员带来了诸多不便。

针对于目前解决热插拔模块产生浪涌电流较大的问题，参考图1，现有技术中提供了一种热插拔保护电路100，包括串联于直流端口(dcport，directcurrentport)p1与负载输出端vout的继电器sw2、串联连接于供电端vcc与地之间的二极管d11和晶体管q1、拨码开关sw1、连接拨码开关sw1的状态锁存器110，以及连接于晶体管q1控制端与拨码开关sw1的连接节点和地之间的电阻r4，其中，二极管d11的正极分别与继电器sw2和晶体管q1的源极，负极连接供电端vcc。状态锁存器110包括：第一与非门nand1、第二与非门nand2、电阻r11、电阻r12、电阻r13和电容c11。具体的，该第一与非门nand1具有第一输入端、第二输入端、和第一输出端，第二与非门nand2具有第三输入端、第四输入端、第二输出端，该第一与非门nand1的第一输入端与该拨码开关sw1的第一输入端连接，该第二与非门nand2的第四输入端与该拨码开关sw1的第三输入端连接，该第一与非门nand1的第二输入端分别与该拨码开关sw1的第四输入端和该第二与非门nand2的第二输出端连接，该第二与非门nand2的第三输入端分别与该拨码开关sw1的第六输入端和该第一与非门nand1的第一输出端连接，电阻r11和电阻r12串联于该第一与非门nand1的第一输入端和该第二与非门nand2的第四输入端之间，电阻r13和电容c11串联连接于供电端vcc与地之间，且电阻r13和电容c11的连接节点与该拨码开关sw1的第二输入端连接，且该电阻r13远离电容c11的一端与该第一与非门nand1的第一输入端连接，该拨码开关sw1的第七输入端和第八输入端分别接地，该拨码开关sw1的第五输入端与该晶体管q1的栅极控制端连接。继电器sw2的第一输入端a1和控制端c共同连接直流端口p1，第三输入端a2连接二极管d11的正极，该继电器sw2的第一输出端k1作为负载输出端vout，第二输出端k2空置。

当直流端口p1插上电源时，晶体管q1处于关断状态，此时拨码开关sw1不发生动作时，继电器sw2的控制端c会维持和第二输出端k2相连的状态，不会对与负载输出端vout相连接的后级电路或设备进行供电；而拨动拨码开关sw1时，对于状态锁存器110输出端状态发生改变，与拨码开关sw1连接的晶体管q1切换为导通状态，对应与之连接的二极管d11正向导通，继电器sw2状态发生改变，控制端c切换为与第一输出端k1连通，继而导通负载输出端vout，实现对后级电路或设备进行供电。

热插拔保护电路100通过控制拨码开关sw1的状态控制状态锁存器110的输出状态，继而控制晶体管q1的导通与关断状态，实现继电器sw1的状态切换，达到负载输出端vout供电控制的目的以此达到热插拔电源保护的目的，但该电路中元器件较多，电路结构复杂，成本高，且所占用电路板的面积较大，不便于小型设备中的使用。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种热插拔保护电路及连接器，可以改善因使用者疏忽而导致热插拔供电单元的后级电路芯片烧毁，提高测试效率及使用的安全性。

本实用新型一方面提供了一种热插拔保护电路，其包括：

直流端口，获取电源电压；

电源转换单元，连接该直流端口的输出端，将接受到的电源电压转换为工作电压；

第一开关单元，与所述电源转换单元的输出端连接，根据所述第一开关单元的连接状态输出高电平/低电平状态的开关信号；

处理单元，分别与所述电源转换单元的输出端和所述第一开关单元的输出端连接，根据所述开关信号生成控制信号；

第二开关单元，具有接收所述电源电压的第一输入端和接收所述控制信号的第二输入端，以及提供负载电源的负载输出端，所述第二开关单元在所述直流端口连通电源状态，根据所述控制信号切换所述负载输出端的电源状态。

优选地，所述第一开关单元包括：

第一开关元件，具有控制端子、电源端子、接地端子，所述控制端子作为输出端与所述处理单元连接，所述电源端子与所述电源转换单元的输出端连接，

第四电阻，连接于所述第一开关元件接地端子与地之间。

优选地，所述第一开关元件的控制端子与所述电源端子相连通，所述开关信号为高电平状态；

所述第一开关元件的控制端子与所述接地端子相连通，所述开关信号为低电平状态。

优选地，所述处理单元具有：

第一端口，与所述电源转换单元的输出端连接；

第二端口，与所述第一开关单元的输出端连接；

第三端口，将生成的所述控制信号传输到所述第二开关单元的第二输入端。

优选地，所述第二开关单元包括：第二开关元件、第三开关元件、第一电阻、第二电阻以及第三电阻，其中，

所述第二开关元件的第一端作为所述第一输入端与所述直流端口的输出端连接，所述第二开关元件的第二端作为所述负载输出端以提供电源，所述第二开关元件的控制端连接所述第二电阻的第一端；

所述第三开关元件的第一端与所述第二电阻的第二端连接，所述第三开关元件的第二端接地，所述第三开关元件的控制端作为所述第二输入端与所述处理单元的第三端口连接；

所述第一电阻和所述第二电阻串联于所述直流端口的输出端与第三开关元件之间，所述第一电阻并联于所述第一开关元件的第一端和控制端之间；

所述第三电阻串联于所述第三开关元件的控制端与地之间。

优选地，所述控制信号为高电平状态，所述负载输出端的电源为连通状态，

所述控制信号为低电平状态，所述负载输出端的电源为关断状态；

或者，所述控制信号为高电平状态，所述负载输出端的电源为断开状态，

所述控制信号为低电平状态，所述负载输出端的电源为连通状态。

优选地，所述第一开关元件为拨动开关。

优选地，所述第二开关元件和所述第三开关元件中的任一为金属氧化物半导体场效应晶体管。

优选地，所述处理单元包括微控制单元和应用处理器中的任意一种。

另一方面本实用新型还提供了一种连接器，其包括：

如上述中所述的热插拔保护电路，

其中，所述连接器连接于电源端与测试治具之间，该测试治具包括连接显示设备的连接端口，该测试治具用以对与其连接的所述显示设备进行测试。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种热插拔保护电路及连接器，在插上电源后，通过第一开关元件控制端子的切换动作，使其输出的开关信号的电平状态发生翻转，而处理单元通过控制信号改变第二开关单元的通路状态，使对应负载输出端的电源连通状态发生改变，通过此种方式，实现插上电源后，无论第一开关单元的状态如何，都需要拨动一次第一开关元件，才能实现负载输出端供电的目的，有效避免现有技术中热插拔引起的浪涌电流烧毁负载端的电路或芯片的隐患，同时电路结构简单，成本低廉，易于操作和维修元器件。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出现有技术中一种热插拔保护电路的电路结构图；

图2示出本实用新型实施例提供的一种热插拔保护电路的结构示意图；

图3示出图2所示实施例中热插拔保护电路的电路结构图；

图4示出图3所示实施例中热插拔保护电路的工作流程示意图；

图5示出图3所示实施例的热插拔保护电路中第一开关单元输出端与输出端的一种状态示意图；

图6示出图3所示实施例的热插拔保护电路中第一开关单元输出端与输出端的另一种状态示意图；

图7示出本实用新型实施例提供的一种具有热插拔保护电路的连接器的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

下面，参照附图对本实用新型进行详细说明。

图2示出本实用新型实施例提供的一种热插拔保护电路的结构示意图，图3示出图2所示实施例中热插拔保护电路的电路结构图。

参考图2和图3，本实用新型实施例中提供的一种热插拔保护电路200包括：直流端口p1、电源转换单元210、处理单元220、第一开关单元230和第二开关单元240，其中，该直流端口p1用以获取电源电压vin，该电源转换单元210与该直流端口p1的输出端连接，用于将接受到的电源电压vin转换为该热插拔保护电路200中处理单元220所需的工作电压，该第一开关单元230与该电源转换单元210的输出端连接，根据该第一开关单元230的连接状态输出高电平/低电平状态的开关信号，该处理单元220具有与该电源转换单元210输出端连接的第一端口pin、与第一开关单元230连接的第二端口ctrl，以及与第二开关单元240连接的第三端口m_en，该处理单元220根据其第二端口ctrl接收到的开关信号处理生成控制信号，并将其通过该第三端口m_en传输至该第二开关单元240，该第二开关单元240具有接收该电源电压vin的第一输入端和接收该控制信号的第二输入端，以及提供电源的负载输出端vout，该第二开关单元240在该直流端口p1连通电源状态，根据该控制信号切换负载输出端vout的电源状态。

在本实用新型的实施例中，该电源转换单元210例如为选自但不限于低压差线性稳压器(ldo，lowdropoutregulator)、dc-dc变换器中的一种。

在本实用新型的实施例中，第一开关单元230包括：第一开关元件sw1和串联于该第一开关元件sw1和地之间的第四电阻r24，其中，该第一开关元件sw1具有第一端子1、第二端子2、第三端子3、第四端子4、第五端子5和第六端子6，具体的，该第一端子1与第六端子6作为电源端子共同连接至该电源转换单元210的输出端，该第二端子2和第五端子5作为控制端子共同连接至处理单元220的第二端口ctrl，该第三端子3和第四端子4作为接地端子共同连接至第四电阻r24远离地的一端，工作时，该第一开关单元230通过动作切换该第一开关元件sw1的开关状态，生成开关信号，并将其传输至处理单元220中。

在本实用新型的实施例中，第二开关单元240包括：连接于直流端口p1的第一输出端与负载输出端vout之间的第二开关元件t1、串联于直流端口p1的第一输出端与地之间的第一电阻r21、第二电阻r22和第三开关元件t2，以及第三电阻r23，具体的，该第二开关元件t1的第一端和第一电阻r21的第一端共同连接到直流端口p1的输出端，该第二开关元件t1的第二端与负载输出端vout连接，其控制端与第一电阻r21的第二端共同连接至第二电阻r22的第一端，该第二电阻r22的第二端连接至第三开关元件t2的第一端，该第三开关元件t2的第二端接地，该第三开关元件t2的控制端连接至该处理单元220的第三端口m_en。

进一步的，该第一开关元件sw1为拨动开关，第二开关元件t1为p型金属氧化物半导体场效应晶体管(pmos)，第三开关元件t2为n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nmos)，具体的，该第一开关元件sw1为拨动开关，其拨片拨至与第一端子1相连通时，该开关信号为高电平状态，其拨片拨至与第三端子3相连通时，该开关信号为低电平状态，该第二开关元件t1的第一端为源电极，第二端为漏电极，控制端为栅电极，该第三开关元件t2的第一端为漏电极，第二端为源电极，控制端为栅电极。

在本实用新型的实施例中，通过直流端口p1插入电源瞬间，该处理单元220的输入/输出接口(io口)处于不定态，但由于第三电阻r23的下拉作用，确保了第三开关元件t2处于关断状态，第二开关单元240中的第二开关元件t1和第三开关元件t2串联组成联合开关，用以决定是否为负载输入端vout导通电源。

在本实用新型的实施例中，该处理单元220为选自但不限于微控制单元(mcu，microcontrollerunit)和应用处理器(ap，applicationprocessor)中的一种。

图4示出图3所示实施例中热插拔保护电路的工作流程示意图，图5示出图3所示实施例的热插拔保护电路中第一开关单元输出端与输出端的一种状态示意图，图6示出图3所示实施例的热插拔保护电路中第一开关单元输出端与输出端的另一种状态示意图。

参考图4，本实用新型实施例中热插拔保护电路的控制方法包括如下步骤：

s101：上电。

s102：处理单元220第三端口m_en输出低电平，t2、t1断开，后级无供电，处理单元220检测控制开关的状态，记为状态1。

具体的，在步骤s102中，当插入电源时，第一开关元件sw1如果处于拨片与第一端子1连通的状态，则处理单元220的第二端口ctrl接受到的开关信号为高电平状态，记录为状态1。

s103：处理单元220每隔预设的采样间隔时间检测一次第一开关元件sw1的状态，并记为状态2。

在步骤s103中，电路工作时，处理单元220例如以50ms的采样间隔(所述采样间隔可修改设定)，采集第一开关元件sw1的状态，并记为状态2，若在此期间通过对第一开关元件sw1的拨片进行动作，使其切换为拨片与第三端子3连通的状态，此时产生的开关信号为低电平状态，将其记为状态2。

s104：状态2是否等于状态1。

在步骤s104中，处理单元220判断接收到状态2的电平信号是否与存储的状态1的电平信号相同，若相同，则返回步骤s103在下一次采样间隔时间到来时进行检测；若不相同，则执行步骤s105。

s105：处理单元220第三端口m_en的输出状态翻转。

s106：第三开关元件t2是否导通。

在步骤s106中，处理单元220通过第三端口m_en输出的控制信号状态翻转，若原控制信号状态为低电平，则翻转为高电平，第二开关元件t2导通，执行步骤s107b；若原控制信号状态为高电平，则翻转为低电平，第二开关元件t2由导通状态变为关断状态，执行步骤s107a。

s107a：断开对负载端的供电。

在步骤s107a中，断开对负载输出端供电后，执行步骤s108。

s107b：对负载端进行供电。

在步骤s107b中，开始对负载端进行供电后，执行步骤s108。

s108：将状态2赋值给状态1。

在步骤s108中，将状态2赋值给状态1后，返回执行步骤s103。

参考图5，对应每次第一开关元件sw1的开关动作发生时，处理单元220的第二端口获得的开关信号状态及负载输出端状态。其中，横坐标代表时间，纵坐标代表电平状态，如t0时刻插入电源，此时第一开关元件sw1处于拨片与第一端子1连通的高电平状态，且负载输出端为低电平电源关断状态；在t1时刻，第一开关元件sw1切换动作，处理单元220第二端子ctrl接受到的开关信号翻转为低电平状态，此时负载输出端为高电平的电源开启状态；在t2时刻，第一开关元件sw1切换动作，开关信号翻转为高电平状态，此时负载输出端为低电平的电源关断状态；在t3时刻，第一开关元件sw1再次发生切换动作，开关信号翻转为高电平状态，此时负载输出端为低电平的电源关断状态；在t4时刻，第一开关元件sw1又发生切换动作，开关信号翻转为低电平状态，此时负载输出端为高电平的电源开启状态，以此类推，通过此种方式，在插上电源后，实现负载输出端供电的同时，防止热插拔引起的浪涌电流烧毁负载端的电路或芯片。

在本实用新型另一种优选地实施方案中，当插入电源时，第一开关元件sw1如果处于拨片与第三端子3连通的状态，则处理单元220第二端子ctrl接受到的开关信号为低电平状态，记录为状态1，在工作时，处理单元220以50ms的采样间隔，采集第一开关元件sw1的状态，并记为状态2，若在此期间通过对第一开关元件sw1的拨片进行动作，使其切换为拨片与第一端子1连通的状态，此时产生的开关信号为高电平状态，使处理单元220接收到状态2的高电平信号与存储的状态1的低电平信号不一致，则该处理单元220生成高电平的控制信号通过第三端口m_en输出，第二开关单元240响应于该高电平的控制信号，第三开关元件t2导通，继而导通该第二开关元件t1，负载输出端vout输出高电平，使该热插拔保护电路200为负载供电。后续采集和执行过程与上述实施方案相类似，同样的，对应每次开关动作发生时处理单元220第二端口采集获得的开关信号状态及负载输出端状态如图6所示，可参考关于图5中的描述内容，在此不做赘述。

综上所述，本实用新型提供的热插拔保护电路200可实现插上电源后，无论控制开关的状态如何，都需要拨动一次控制开关，才能实现负载输出端vout的供电，有效避免现有技术中热插拔引起的浪涌电流烧毁负载端的电路或芯片的隐患，同时电路结构简单，成本低廉，易于操作和维修元器件。

在此需要说明的是，上述中50ms仅为采样间隔时间的示例性参考值的，可依实际客户需求进行设定和修改，在此不作限制。

在本实用新型其他的优选实施方案中，该第一开关元件sw1还可以是微动开关、钮子开关、拨动开关、按钮开关和按键开关中的任意一种。

在本实用新型其他的优选实施方案中，该第二开关元件t1和/或第三开关元件t2的其中任一还可以是晶闸管(scr，siliconcontrolledrectifier)、三端双向可控硅开关(triac，triodealternatingcurrentsemiconductorswitch)、可编程单结晶体管(put，programmableuniguctiontr-ansistor)和高压触发器(sidac，silicondiodeforalternatingcurrent)等半导体开关元件中的任意一种。

参考图7，另一方面本实用新型实施例提供了一种连接器300，该连接器300包括如上述实施例中所述的热插拔保护电路200，该连接器300用于连接电源310与测试治具330，该测试治具330具有连接显示设备340的连接端口，该测试治具对其连接的所述显示设备340进行测试。

在一个优选的实施方案中，该连接器300的线材为柔性扁平电缆(ffc，flexibleflatcable)。

在本实施例中，通过电气防呆，使生产环境中通过测试治具在对完成或阶段完成生产的电子设备进行测试时，避免操作者因忘记将通断开关拨到关断挡，而在下次测试时直接插上电源造成烧毁负载端设备或测试治具的损坏，一定程度上节约了生产维修和测试的成本，同时其结构简单，且便于操作维修，适于推广应用。

应当说明的是，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。