专利名称：不断电线上拔插装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种不断电线上拔插装置。
随着半导体及微处理器技术日益进步，许多装置接使用到了模组化的电子装置，如抽取式硬盘、数据机、网络卡等，以使用微处理机来处理资料，或是传送数字资料。而在这些电子模组发生故障或是需要检修时，通常需要关掉整个系统的电源，并且将模组拔出，以进行更换或是检查；而在模组更新，需要插入新的模组时，通常也需要先失掉电源。然而在一些特殊用途中，如机场的交换系统、或是军事用途中，无法随时关掉电源，因不断电线上拔插即可更换的电子模组，即成使这些设备能够方便使用抽取式硬盘、数据机、网络卡等电子模组，增进效能。
然而在习知的不断电线上拔插模组中，往往会有在插入时有涌入电及拔出时回产生火花的问题。由于在模组中会有一些影响的输入电容，及插在电路板上的去耦合电容所以在模组插入时，由于习知技艺系在模组插入时将一个步级电压施于模组，因此会有相当大的涌入电流。如
图1所示，为模拟一个模组插入时的量测已便设模组的输入等效电容为1000μF，而等效电阻为32Ω，此图上侧所示者为量测到的模组电压，经电路模拟结果，在输入步级电压下，输入电流最大值高达17.56A(下侧曲线的尺度微10mv/5A)，此值远大于稳定工作的电流，亦即5V/32Ω＝0.16A，约达百倍以上，因此模组或是所接的电源供应器可能会受到损害。
再者，在模组拔出时，由于模组有前述高电容值，使得放电时间会延长，在拔出时，若模组还有残存电荷，则会产生火花，造成危险。如图2所示，为模拟一个模组拔出时的量测图，假设模组的输入等效电容为1000μF，而等效电阻微32Ω。此图上侧所示者为一个下降的步级函数输入电压，在此电压下，经电路模拟结果，模组电流的下降时间(降至最大值10％的时间)约为72.66毫秒(见下侧曲线)。由于一般模组拔出的时间远短于此时间(详见后述说明)，因此模组上还留存有可观电流，造成发生火花的危险。
配合图3、4所示，分别为模组插入及拔出时，接脚实际上接触与分离所需的时间，可更了解上述问题的严重性。如图3所示，在插入模组时，有相当多的模组端子(约50％)需要花超过30毫秒的时间才会与对接端子接触，有些甚至要超过100毫秒。因此如果在插入时，如果输入电压没有经过适当规划，则会产生信号弹跳问题，造成共用汇流排上其他信号受到影响。如图4所示，在拔出模组时，大部分模组端子与对接端子的分离时间在2.5秒内，此值远小的模组电流的下降时间72.66毫秒，因此一个理想的不断电线上拔插装置要拔出时，有很快的放电时间，然现有技术中并没有此项技术。
本实用新型的目的在于提供一种可以避免模组插入时弹跳问题及涌入电流问题的不断电线上拔插装置。
本实用新型的另一目的在于提供一种可以使模组拔出时，电流快速放电的不断电线上拔插装置。
本实用新型的目的时这样实现的一种不断电线上拔插装置，它包括一个可以侦测模组的插入及拔出状态的侦测设置，输出接一个控制电路，控制电路分别接提供在插入模组时受到延迟输入电压的上升时间的第一电路部分和提供在拔出模组时提供急速放电的路径的第二电路部分。
它还包括一振荡器及一倍压电路。
所述侦测装置为接在所述模组最长及最短端子上的开关电路。
所述第一电路部分包含一个由积分器及比较器构成的延迟电路，及由另一个积分器与功率金氧半三极管所构成的上升斜坡电路。
所述第二电路部分包含一闸极放电电路及一源极放电电路。
所述闸极放电电路为连接在所述功率金氧半三极管闸极及所述控制电路间的二极管。
所述源极放电电路为连接在所述功率金氧半三极管源极及所述控制电路间的可控硅。
一种不断电线上拔插装置，它包括一个可以侦测模组的插入及拔出状态的开关设置，其输出接一个控制电路，控制电路包含两个串接的PNP、NPN三极管，所述开关控制信号接NPN三极管基极，NPN三极管集极接PNP三极管基极，NPN三极管射极接地，PNT三极管射极接电源；该控制电路接一个插入模组时提供延迟输入电压的上升时间的第一电路部分；其中第一电路包含一个延迟电路及一个上升斜坡电路，延迟电路由一第一积分器及一比较器组成，且第一积分器的负电压输入端接所述PNP三极管林集极，第一积分器输出接比较器的正电压输入端，上升斜坡电路由一第二积分器及功率金氧半三极管组成，且所述比较器输出经由一反相器接第二积分器的负电压输入端，第二积分器的输出接到功率金氧半三极管的闸极；控制电路还接有拔出模组时提供急速放电的路径的第二电路部分，其包含一个闸极放电电路及一源极放电电路。
所述闸极放电电路为接所述功率金氧半三极管闸极及所述NPN三极管集极的二极管。
所述极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述NPN三极管集极的二极管。
所述源极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述NPN三极管集极的可控硅。
所述源极放电电路为接放所述功率金氧半三极管伸源极及所述NPN三极管集板的一个PNP三极管，其钳极接放功率金氧半三极管源吸，基极接烈NPN三极管集极。
所述源极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述NPN三极管集极的一个P通道金氧半三极管，且其闸极接放功率金氧半三极管源极，源极接NPN三极管集极。
所述源极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述NPN三极管集极的第一及第二NPN三极管，第一NPN三极管的基极接所述NPN三极管集极，第二NPN三极管的集极接功率金氧半三极管源极，第一NPN三极管的集极接第二NPN三极管的基极。
所述第二三极管可以用一个P通道金氧半三极管取代。
所述源极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述控制电路NPN三极管集极的一串接PNP三极管及NPN三极管，且所述控制电路NPN三极管集极接PNP三极管基极，PNP三极管集极接NPN三极管基极，NPN三极管集极接所述功率金氧半三极管源极。
本实用新型其通过可侦测模组拔插状态的开关送出控制信号，使拔取或是插上动作时，其操作电流可以受到不断电线上拔插装置的影响，而达到保护模组及电源供应器的效果。
以下结合附图和具体实施方案对本实用新型做进一步的详细说明。
图1为模拟一个模组插入时的量测图；图2为模拟一个模组拔出时的量测图；图3为模组插入时，接脚实际上接触所需的时间；图4为模组拔出时，接脚实际上分离所需的时间；图5为本实用新型的一个具体实例的方块图；图6为图5对应的详细电路图；图7为本实用新型的第一具体实例中，一积分器及一比较器的输出电压波形；图8为本实用新型另一具体实例的源极放电电路图；图9为本实用新型又另一具体实例的源极放电电路图；图10为本实用新型再一具体实例的源极放电电路图；图11为实用新型又另一具体实例的源极放电电路图；图12为实用新型的第二具体实例中，模组拔出的量测图。
参见图5，为本实用新型不断电线上拔插装置一个具体实例的方块图，其大致包含一个侦测设置10，可以侦测模组的插入及拔出状态，并送出相对应的控制信号；一个振荡器20，产生所需的时脉信号；一个倍压电路30，产生操作所需的倍压电压一个控制电路40，可以依据前述控制信号，调整模组在插入及拔出时的不断电线上拔橘装置中电路所需的动作；一个第一电路郁分50，可以插入槽组时，受到控制电路的控制，延迟输入电压的上升时间；一个第二电路部分60，可以在拔出模组时，受到控制电路的控制提供急速放电的路径。图6为实现图5方块中20-60部分的详细电路图。侦测设置10可侦测出模组的插入及拔出动作，并送出控制电压到控制电路40，可籍由侦测模组的最长端子及最短端于是否碰到对接端子而送出开关信号SW，由现有技术时以此类侦测装置侦测模组的插入及拔出状态，然后直接施加步级电压，因此侦测设置10的详细构造并非本实用新型的特征，在此并不加以赘述。振荡器20由逻辑闸U1A、U1B、U1D、电阻R4、R5、电容C1、C2元件连接组成，其中逻辑闸U1A、U1B形成一自发振荡器；电阻R4、R5、电容C1、C2，用以设定振荡频率；逻辑闸U1D形成一波形整型电路。倍压电路30，连接振荡器、逻辑闸U1D的输出，其由三极管Q1、Q2、电阻R1-R3、电容C3、C4、二极管D1、D2元件连接组成，其中三极管Q1、Q2形成一推挽电路；二极管D1、D2采用肖特基能障二极管以减少倾向电位的偏差；当该逻辑闸U1D输出信号在高电位时，三极管Q1不导通，三极管Q2导通，其集极端在低准位，电容C3负端5在低准位，该三极管Q2饱合时，电容C3负端在接地准位，电源VCC(5V)，则经由二极管D1、D2分别对电容C3、C4充电，至其电位在Vcc，当该逻辑闸U1D输出信号由高电位转态在低电位时，三极管Q1导通，三极管Q2不导通，此时，该倍压电路2输出得到2Vcc(10V)。
控制电路40包含其由三极管Q3、Q4、电阻R6、R7、R8、R9、电容C10元件连接组成。且所述侦测设置的开关电压信号SW可以送到三极管Q3的基极，以便此控制电路40可以对本发明装置的其他电路部分加以控制。当在闲置模式，即开关SW保持在开路状态(模组处与抽取状态)，三极管Q3导通，其集极端在低电位，致三极管Q4导通，其集极端保持在10V电压；反之，当开关SW闭合(模组处触插入状态)，三极管Q3不导通，具集极在高电位，致三极管Q4不导通，其集极端被拉至0V，从而控制后续电路。
第一电路部分50包含可避免弹跳问题的一延迟电路502，包含放大器U2A电阻R10，R11，R12，R12入及电容C5构成的积分电路502a；由放大器U2，电阻R13，R14构成的比较器502b与分压电路502c。第一电路部分50尚包含一个上升斜坡产生电路504及输出电路506。上升斜坡产生电路504包含三极管Q5及电阻R15，R16组成的反相器电路504a，及由放大器U3A、电阻R17，R18，R19，R26及电容C1组成的积分电路504b，输出电路506则包含一对率管MOSFET及电阻R20，R21，R22，R23。
当开关SW闭合(模组处放插入状态)，三极管Q4不导通，其集极端被拉至0v，此积分电路502a开始作用，且具积分常戮由电阻R10及电容C5决定，当积分电路50h的输出大于比较器U2B的负输入端电位(由电阻R13，R14构成分压电路502c决定)，比较器U2B输出一步级电压。因此可以通过调整时间常数及分压电路的电阻R13，R14，以延迟模组在插入后施加电压时间。
图7所示为积分器502a(上侧曲线)及比较器502b(下侧曲线)的输出电压波形，由选取适当时间常数及分压电组，延迟电路502在开关SW闭合(模组处龄插入状态)后23.64毫秒才会产生一个上升的步级电压。
在开关SW保持在开路状态(模组处于抽取状态)时，延迟电路502输出为0伏，三极管Q5为导通(饱和状态)，在其集极产生一个10伏的参考电压，因此上升斜坡产生电路504经由输出电路506的输出为0。在开关SW闭合(模组处于插入状态)后，经过一段延迟时间，延迟电路502输出为10伏，三极管Q5为关闭，在集极产生一个约0伏电压，因此积分电路504b开始作用，产生一个上升斜坡电压，提供模组所需工作电压，且上升斜坡电压的时间常数由电阻R17及电容C1决定。
由上所述，本实用新型的开关10、控制电路4o及第一电路部分50，在模组插入后，可以产生使模组的电压延迟一段时间后以上升斜坡方式施加，因此可以减少涌入电流。
在模组拔出的时，在输出电路506中的功率管MosFET产生的接面电容(或称为输入电容)及在模组电路板上的去耦合电容中的电荷需要排除，本实用新型以一个第二电路部分60，在拔出模组时，受到控制电路的控制，提供急速放电的路径。此第二电路部分60包含一个闸极放电电路602及一个源极放电电路604，如图6所示，在本实用新型的第一具体实例中，闸极放电电路602为在功率金氧半三极管对U7的闸极及控制电路40的三极管Q3集极间连接的二极管D3，D4，在模组抽出时，开关SW保持在开路状态，控制电路40的三极管Q3会饱和，使其集极电压下降，功率金氧半三极管对U7的闸极电荷可以寻此途流出。
如图6所示，源极放电电路604为连接放功率金氧半三极管对U7源极及控制电路40的三极管Q3集极间的PNP三极管Q6、NPN三极管Q7对，及PNP三极管Q8、NPN三极管Q9对，在模组抽出时，开关SW保持在开路状态，控制电路侧的三极管Q3饱和，使其集极电压下降，三极管Q6，Q8饱和，使得三极管钵Q7、Q9的基极电压上升，三极管Q7、Q9因而可以导通，排除源极电荷。
另外如图8所示，为本实用新型第二具体实例的源极放电电路604。如此图所示一个可控硅SCR1连接功率金氧半三极管对U7源极及控制电路40的三极管Q3集极间，在模组抽出时，开关SW保持在开路状态，控制电路40的三极管Q3饱和，使其集极电压下降，功率金氧半三极管对U7源极电荷即可由可控硅SCR1流至接地，SCR1亦可由一个二极管取代。
另外如图9所示，为本实用新型第三具体实例的源极放电电路604。如此图所示，一个PNP三极管Q10连接功率金氧半三极管对U7源极及控制电路40的三极管Q3集极间，其射极接功率金氧半三极管侧U7源极，基极接放三极管Q3集极。在模组抽出时，开关SW保持在开路状态，控制电路40的三极管Q3饱和，使其集极电压下降，PNP三极管Q10可以导通，使功率金氧半三极管对U7源极电荷排出。
另外如图10所示，为本实用新型第四具体实例的源极放电电路604，如此图所示，一个P通道金氧半三极管Q11连接砂功率金氧半三极管对U7源极及控制电路40的三极管Q3集极间，且其闸极接触功率金氧半三极管对U7源极，源极接三极管Q3集极。在模组抽出时，开关SW保持在开路状态，控制电路40的三极管Q3台和，使集极电压下降，P通道金氧半三极管Q11可以导通，使功率金氧半三极管对U7源极电荷排出。
另外如图11所示，为本实用新型第五具体实例的源极放电电路604。如此图所示，一对NPN三极管Q12，Q12’连接功率金氧半三极管对U7源极及控制电路40的三极管Q3集极的间，且三极管Q12的基极接三极管Q3集极。三极管Q12’的集极接功率金氧半三极管对U7源极，三极管Q12的集极接三极管Q12’的基极。在模组抽出时，开关SW保持在开路状态，控制电路40的三极管Q3饱和，使其集极电压下降，三极管Q12因而关闭，使得三极管Q12’的基极电压升高，三极管Q12’因而关闭，使功率金氧半三极管对U7源极电荷排出。另外此电路电三极管Q12’可以用一个P通道金氧半三极管取代。
如图12所示，为本实用新型的第二具体实例中，模组拔出的置测图。其中下例曲线为三极管Q3的集极电压，其与开关信号SW同步，使用可控硅SCR1作为源极放电电路后，模组电压的下降时间为1.13毫秒(见上侧曲线)，因此模组中的电荷可以迅速排出。
综上所述，可以使得在拔取或是插上模组时，其操作电流受到本实用新型装置的影响，而达到插入时减少涌入电流，在拔取时及时放电，避免电火花产生。
权利要求1.一种不断电线上拔插装置，其特征在于它包括一个可以侦测模组的插入及拔出状态的侦测设置，输出接一个控制电路，控制电路分别接提供在插入模组时受到延迟输入电压的上升时间的第一电路部分和提供在拔出模组时提供急速放电的路径的第二电路部分。
2.根据权利要求1所述的不断电线上拔插装置，其特征在于它还包括一振荡器及一倍压电路。
3.根据权利要求1所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述侦测装置为接在所述模组最长及最短端子上的开关电路。
4.根据权利要求1所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述第一电路部分包含一个由积分器及比较器构成的延迟电路，及由另一个积分器与功率金氧半三极管所构成的上升斜坡电路。
5.根据权利要求1或4所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述第二电路部分包含一闸极放电电路及一源极放电电路。
6.根据权利要求5所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述闸极放电电路为连接在所述功率金氧半三极管闸极及所述控制电路间的二极管。
7.根据权利要求5所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述源极放电电路为连接在所述功率金氧半三极管源极及所述控制电路间的可控硅。
8.一种不断电线上拔插装置，其特征在于它包括一个可以侦测模组的插入及拔出状态的开关设置，其输出接一个控制电路，控制电路包含两个串接的PNP、NPN三极管，所述开关控制信号接NPN三极管基极，NPN三极管集极接PNP三极管基极，NPN三极管射极接地，PNT三极管射极接电源；该控制电路接一个插入模组时提供延迟输入电压的上升时间的第一电路部分；其中第一电路包含一个延迟电路及一个上升斜坡电路，延迟电路由一第一积分器及一比较器组成，且第一积分器的负电压输入端接所述PNP三极管林集极，第一积分器输出接比较器的正电压输入端，上升斜坡电路由一第二积分器及功率金氧半三极管组成，且所述比较器输出经由一反相器接第二积分器的负电压输入端，第二积分器的输出接到功率金氧半三极管的闸极；控制电路还接有拔出模组时提供急速放电的路径的第二电路部分，其包含一个闸极放电电路及一源极放电电路。
9.根据权利要求8所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述闸极放电电路为接所述功率金氧半三极管闸极及所述NPN三极管集极的二极管。
10.根据权利要求8所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述NPN三极管集极的二极管。
11.根据权利要求8所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述源极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述NPN三极管集极的可控硅。
12.根据权利要求8所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述源极放电电路为接放所述功率金氧半三极管伸源极及所述NPN三极管集极的一个PNP三极管，其钳极接放功率金氧半三极管源吸，基极接烈NPN三极管集极。
13.根据权利要求8所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述源极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述NPN三极管集极的一个P通道金氧半三极管，且其闸极接放功率金氧半三极管源极，源极接NPN三极管集极。
14.根据权利要求8所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述源极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述NPN三极管集极的第一及第二NPN三极管，第一NPN三极管的基极接所述NPN三极管集极，第二NPN三极管的集极接功率金氧半三极管源极，第一NPN三极管的集极接第二NPN三极管的基极。
15.根据权利要求14所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述第二三极管可以用一个P通道金氧半三极管取代。
16.根据权利要求8所述的不断电线上拔插装置，其特征在于所述源极放电电路为接所述功率金氧半三极管源极及所述控制电路NPN三极管集极的一串接PNP三极管及NPN三极管，且所述控制电路NPN三极管集极接PNP三极管基极，PNP三极管集极接NPN三极管基极，NPN三极管集极接所述功率金氧半三极管源极。
专利摘要一种不断电线上拔插装置,它包括一个可以侦测模组的插入及拔出状态的侦测设置,输出接一个控制电路,控制电路分别接提供在插入模组时受到延迟输入电压的上升时间的第一电路部分和提供在拔出模组时提供急速放电的路径的第二电路部分。本实用新型其通过可侦测模组拔插状态的开关送出控制信号,使拔取或是插上动作时,其操作电流可以受到不断电线上拔插装置的影响,而达到保护模组及电源供应器的效果。
文档编号G06F1/26GK2377596SQ9920111
公开日2000年5月10日 申请日期1999年1月29日 优先权日1999年1月29日
发明者李心贤 申请人:优冠电脑股份有限公司