一种热插拔保护系统的制作方法

本实用新型属于电路控制领域，涉及一种热插拔保护系统的设计。

背景技术：

在工业和日常使用中，在没有断电的情况下，热插拔技术作为一种非常灵活的方式，用以接入或者移除设备外围的扩展硬件设备，其中USB接口就是一个最典型的应用。与USB接口相比，当接入的硬件电路板具有更高的电压和更大的电容，这将消耗更多的能量，在这种情况下，对于热插拔来说，就会有更高的要求了。最危险的是，连接线上的浪涌电流对主板冲击太大，很可能损坏主板系统或者是副板；另一个风险是，插拔时在信号线上产生的瞬间的电压变化，致使主板上的处理器复位或者中断，所以设计热插拔保护电路就显得非常重要了。

对于相对大的负载，在目前使用的热插拔解决方案中通常具有以下三个特点：

(1)在热插拔技术中，如果仅仅考虑电源线，在这种情况下，主板可以提供高电压，并限制高的浪涌电流，但不能解决热插拔中的信号问题，这是常用的解决方案。

(2)如果仅仅考虑热插拔过程中的信号问题，在这种情况下，主板可以和副板通讯，但不向副板提供电源，所以这种方案需要为副板单独提供电源。

(3)如果要实现电源和信号同时工作的热插拔技术，通常需要使用特殊的连接器和特别的插拔方式，例如PCI卡，主板要有专用的插槽，副板的插卡要求垂直插入卡槽。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种热插拔保护系统，该热插拔保护系统所要解决的技术问题是：如何防止接入或者移除设备外围的扩展硬件设备时出现的浪涌电流和对设备造成的损坏。

针对目前的热插拔技术的不足，提出的解决方案：一种热插拔保护系统，其特征在于，包括主板MCU模块、热插拔保护模块、副板MCU模块，主板和副板，所述主板与副板相插接，所述主板MCU模块安装在主板上，所述热插拔保护模块和副板MCU模块均安装在副板上，所述主板MCU模块的信号和电源连接到热插拔保护模块，所述热插拔保护模块将处理后的信号和电源再输出到副板MCU模块。

作为本实用新型的一种优选方案，所述热插拔保护模块包括电源保护芯片、信号保护芯片、3.3V转换电路、1.65V转换电路及连接器，电源保护芯片与来自连接器的+12V、GND相连接，其输出+12V电源到3.3V转换电路，3.3V转换电路输出+3.3V电源到信号保护芯片的Vcc引脚和1.65V转换电路，1.65V转换电路输出1.65V电源到信号保护芯片的Vbias引脚，信号保护芯片分别与连接器的信号B和副板MCU模块的信号A相连接，信号保护芯片的En_N引脚与电源保护芯片的PG_N引脚相连接。电源保护芯片选用TPS2421-2，用来限制+12V涌流；信号保护芯片选用SN74CB3Q6800，用于保护信号线。

作为本实用新型的一种优选方案，3V转换电路由3.3V电源芯片U1、电容Cin、电容Cout、电感L1及稳压管D1组成，其中电容Cin与连接器输入的+12V和3.3V电源芯片U1的IN引脚相连接，电容Cout与电感L1输出端和3.3V电源芯片U1的FB引脚相连接，3.3V电源芯片U1的OUT引脚同时与稳压管D1和电感L1相连接。

作为本实用新型的一种优选方案，1.65V转换电路由分压电阻R1和分压电阻R2组成，其中分压电阻R1和3.3V转换电路相连接，分压电阻R2接地。

本实用新型有益效果是：

可以提供电源和信号同时进行的热插拔功能，也不需要使用专用连接器和特殊的插入方式；我们只需要选用一般的连接器，如简单的板对板连接，甚至可以采用板对线的连接；这样我们就可以把副板安装在主板上，或者把副板和主板平行放置都可以，是一种非常灵活方便的热插拔方式。对于通过接口电路就可以完成并联模块间简单的热插拔解决方案，根据实际测试结果，显示出良好的性能。这就验证了这是解决大负载热插拔问题的一个有效的方案，可以有效控制浪涌电流和对设备的损坏，热插拔功能已经实现了验证。

附图说明：

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的副板保护电路结构示意图。

图3是本实用新型的电源转换电路。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本实新型进行进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

图1为一种热插拔保护系统的原理示意图，该热插拔保护系统包括主板MCU模块、热插拔保护模块、副板MCU模块，主板和副板，主板与副板相插接，主板MCU模块安装在主板上，热插拔保护模块和副板MCU模块均安装在副板上，主板MCU模块的信号和电源连接到热插拔保护模块，热插拔保护模块将处理后的信号和电源再输出到副板MCU模块。其中，主板MCU模块由控制器MCF5445及相关电路构成，用作信号的发送和接收，此模块的控制器和相关电路可以根据实际应用进行修改；副板由热插拔保护模块和副板MCU模块构成，其中副板MCU模块由MSP430F5418及相关电路构成，用作信号的发送和接收，此模块控制器和相关电路可以根据实际应用进行修改。

图2为热插拔保护模块示意图，热插拔保护模块包括电源保护芯片、信号保护芯片、3.3V转换电路、1.65V转换电路及连接器。电源保护芯片选用TPS2421-2芯片，其具有多个可编程保护功能，本实施例中，负载保护完成由非限流故障阈值，是由一个电流限制和报错定时器组成。当在故障定时器运行期间，不会导致负载上的电压有明显的下降，电流双阈值允许系统拉低短时间的电流脉冲，在芯片报错周期，当瞬间电路达到门槛值的1.25倍时，芯片进入电流限制模式，报错定时器保持工作。当电流超过门槛电流的1.6倍时，芯片TPS2421-2在不等待报错定时器的前提下，立即关掉负载电流，具有5W功率上限的内部MOSFET管也会关闭。信号保护选用芯片sn74cb3q6800，在电源电压VCC或En_N没有上电的情况下，信号B线将由VBIAS源预充电；通常我们提供的VCC中等电压作为Vbias，当VCC上电以及En_N被使能时，该芯片断开Vbias和信号B间的连接，接通信号B和信号A。芯片tps2421-2是用来限制+12V涌流；芯片sn74cb3q6800用于保护信号线。

电路具体连接如下：电源保护芯片与来自连接器的+12V、GND相连接，其输出+12V电源到3.3V转换电路，3.3V转换电路输出+3.3V电源到信号保护芯片的Vcc引脚和1.65V转换电路，1.65V转换电路输出1.65V电源到信号保护芯片的Vbias引脚，信号保护芯片分别与连接器的信号B和副板MCU模块的信号A相连接，信号保护芯片的En_N引脚与电源保护芯片的PG_N引脚相连接。

图3为电源转换电路，3.3V转换电路由电源芯片U1、电容Cin、电容Cout、电感L1及稳压管D1组成，电源芯片U1选用LM2596S-3.3。其中电容Cin与连接器输入的+12V和电源芯片U1的IN引脚相连接，电容Cout与电感L1输出端和电源芯片U1的FB引脚相连接，电源芯片U1的OUT引脚同时与稳压管D1和电感L1相连接。1.65V转换电路由分压电阻R1和分压电阻R2组成，其中分压电阻R1和3.3V转换电路相连接，分压电阻R2接地。

对于通过接口电路就可以完成并联模块间简单的热插拔解决方案，根据以上的实际测试结果，显示出良好的性能。这就验证了这是解决大负载热插拔问题的一个有效的方案，可以有效控制浪涌电流和对设备的损坏，热插拔功能已经实现了验证。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施方式，仅仅是对本实用新型精神作举例说明，并非对实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术原理对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化或修饰，并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。