热插拔控制电路的制作方法

本实用新型涉及热插拔控制领域，特别是涉及一种热插拔控制电路。

背景技术：

为了维修、更换或者增加新部件，经常需要在设备上电运行的状态下，插入或者拔出部件。正因为如此，热插拔技术被广泛应用在各种电子设备中。在插拔的瞬间，设备会产生高于正常工作电流数倍的冲击电流。过大的冲击电流，可能会损坏部件、电源，甚至是整个设备。

目前，为了解决冲击电流的问题，一般设置保护电路，在设备插入时就开始工作，控制电流，给负载缓慢上电。保护电路，在设备插入时，默认开始运行。当有多个设备几乎同时插入时，由于保护电路默认运行，每个设备的上电电流叠加在一起，仍然可能数倍于正常的工作电流，形成较大的冲击电流，影响电源的稳定性；同时，还可能存在瞬间供电不足等问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有热插拔保护电路在插入时默认开始缓慢上电，在多个设备同时插入时容易产生的电流冲击、瞬间供电不足的问题，提出一种热插拔控制电路。

本实用新型一实施例提供了一种热插拔控制电路，包括插拔检测模块、控制模块以及若干上电控制模块，所述控制模块与所述插拔检测模块、上电控制模块连接，

所述插拔检测模块，用于检测模块组件的插拔状态，输出插拔状态信号；

所述控制模块，用于接收所述插拔状态信号，确定处于插入连接状态的模块组件，输出分时上电控制信号；所述分时上电控制信号，包括多个对应各个模块组件的分时上电控制子信号；

所述上电控制模块，连接电源和一个模块组件，用于接收分时上电控制子信号，当连接的模块组件处于插入连接状态时，根据所述分时上电控制子信号，按照对应时间间隔，给对应的模块组件供电。

在一些实施例中，所述插拔检测模块包括设置在每个热插拔接口处的上拉电路，每个所述上拉电路包括一个连接高电平的电阻，所述上拉电路的电阻的未连接高电平的一端输出对应每个模块组件的插拔状态子信号，所有对应每个模块组件的插拔状态子信号组成所述插拔状态信号。

在一些实施例中，若干所述上电控制模块共用一个分时上电控制子信号。

在一些实施例中，所述上电控制模块，包括电源线路控制单元、开关电路，所述开关电路，用于接收分时上电控制子信号，转换为通断信号，输出给电源线路控制单元；

所述电源线路控制单元包括控制器、电源线路开关管，所述电源线路开关管具有一个控制端、两个线路端，所述线路端分别连接电源和组件电源输出端，所述组件电源输出端用于连接模块组件，输出组件电源；所述控制器，用于接收通断信号，产生对应的控制信号，输出到所述电源线路开关的控制端，所述电源线路开关根据所述控制信号，连通或者关断所述电源和组件电源输出端之间的电源线路。

在一些实施例中，所述开关电路包括第一场效应管、第二场效应管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述第一场效应管的栅极连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端一方面通过所述第一电阻接地，另一方面接收所述分时上电控制子信号；所述第一场效应管的漏极连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接高电平，所述第一场效应管的源极接地；

所述第二场效应管的栅极，一方面与所述第三电阻的第一端连接，另一方面通过所述第四电阻接地，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的漏极作为所述开关电路的输出端，输出通断信号；

所述第一场效应管、第二场效应管为n沟道场效应管。

在一些实施例中，所述开关电路包括第一场效应管、第二场效应管、上拉电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻，所述第一场效应管的栅极连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端一方面通过所述上拉电阻连接高电平，另一方面接收所述分时上电控制子信号；所述第一场效应管的漏极连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接高电平，所述第一场效应管的源极接地；

所述第二场效应管的栅极，一方面与所述第三电阻的第一端连接，另一方面通过所述第四电阻接地，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的漏极作为所述开关电路的输出端，输出通断信号；

所述第一场效应管为p沟道场效应管，所述第二场效应管为n沟道场效应管。

在一些实施例中，所述控制器至少包括通断信号输入引脚、控制信号引脚、电源引脚和接地引脚，所述控制信号引脚输出控制信号；

所述电源线路控制单元还包括第五电阻、第六电阻，所述第五电阻的第一端连接高电平，所述第五电阻的第二端连接所述第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端接地，所述通断信号输入引脚与所述第六电阻的第一端连接，同时还接收通断信号。

在一些实施例中，所述控制器还包括有过压保护引脚、电流检测引脚、功率限制引脚、工作状态引脚、时钟引脚以及反馈引脚，所述电源线路控制单元还包括第七电阻、第八电阻、电流检测电阻，所述第七电阻的第一端连接电源，所述第七电阻的第二端连接第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二段接地，所述过压保护引脚连接在所述第七电阻、第八电阻之间；当所述过压保护引脚的电压超过预设电压值时，所述控制器不工作；

所述功率限制引脚通过一个电阻接地，用于设置电源线路上的功率上限值；

所述电流检测电阻串联在电源线路上，所述电流检测引脚连接在所述电流检测电阻的一端，用于检测所述电流检测电阻上的电压，以用于计算电源线路上的功率；当电源线路上功率超过功率上限值且持续预设时间时，所述控制器不工作；

所述时钟引脚通过一个电容接地，用于设置预设时间；

所述工作状态引脚并联一个上拉电路，用于输出所述控制器的工作状态信号；

所述反馈引脚与组件电源输出端连接，用于反馈输出的组件电源。

在一些实施例中，所述上电控制模块还包括稳压管，所述电源通过所述稳压管接地。

在一些实施例中，所述上电控制模块还包括滤波电容单元，所述滤波电容单元包括若干并联的电容，所述组件电源输出端通过所述滤波电容单元接地。

本实施例提供的热插拔控制路，对插拔的模块组件进行检测，当检测到有若干模块组件处于插入连接状态时，对于这些处于插入连接状态的模块组件进行分时上电控制，上电控制模块仅在对应自己的时间片段内，给对应的模块组件上电。如此，模块组件在插入的瞬间，不会自动上电，避免了多个模块组件同时插入时的供电不足的问题。同时，在正常工作时，模块组件仍然分时上电，即使有多个模块组件同时在上电工作，也能进一步提高电源的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的热插拔控制电路的电路结构图；

图2为本实用新型一实施例中的热插拔检测模块的电路结构图；

图3为本实用新型一实施例中的上电控制模块的一种电路结构图；

图4为本实用新型一实施例中的上电控制模块的另一种电路结构图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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。本文中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方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型一实施例提供了一种热插拔控制电路，包括插拔检测模块110、控制模块120、若干上电控制模块130，控制模块120与插拔检测模块110、上电控制模块130连接，

插拔检测模块110，用于检测模块组件的插拔状态，输出插拔状态信号vdet；

控制模块120，用于接收插拔状态信号vdet，确定处于插入连接状态的模块组件，输出分时上电控制信号en，控制处于插入连接状态的模块组件分时上电；分时上电控制信号en，包括多个对应各个模块组件的分时上电控制子信号enx；

上电控制模块130，连接电源和一个模块组件，用于接收分时上电控制子信号enx，当连接的模块组件处于插入连接状态时，根据分时上电控制子信号enx，按照对应时间间隔，给对应的模块组件供电。

插拔检测模块110，可以检测多个模块组件的插拔状态，输出插拔状态信号vdet。输出插拔状态信号vdet，可以由对应每个模块组件的插拔状态子信号vdetx组成。为了实现对模块组件插拔状态的检测，插拔检测模块110可以是对插拔的物理位移的检测，也可以是插拔时相应线路的通断或采样点的电压变化，还可以利用插拔时对插拔接口的填充而导致的光线变化等。

示例的，插拔检测模块110，可以在每个热插拔接口处设置开关，模块组件插入热插拔接口时，抵触开关，通过开关线路的导通/断开的变换，即可判断出模块组件是否处于插入连接状态。示例的，如图2所示，插拔检测模块110也可以在每个热插拔接口处设置一个连接高电平的电阻，形成上拉电路，电阻的未连接高电平的一端为输出端，同时也作为插拔状态的采样点。模块组件对应设置接地线路，当模块组件插入到热插拔接口时，热插拔检测模块110的采样点可以连接模块组件的接地线路。示例的，假设第一模块组件1插入到热插拔接口时，对应的第一采样点1连接到第一模块组件1上的接地线路，第一采样点1的电压vdet1由高电平转变为低电平，通过采样点的电压监测，即可判断出第一模块组件插入到了热插拔接口，第一模块组件处于插入连接状态。反之，则热插拔接口中没有第一模块组件，第一模块组件未处于插入连接状态。采样点1～n的电压，即作为输出端的输出信号——vdet1～vdetn，vdet1～vdetn各自对应每个模块组件的插拔状态子信号，共同组成插拔状态信号vdet。可以理解的是，也可以在模块组件上设置上拉电路，在插拔检测模块110内设置接地电路。

控制模块120，与插拔检测模块110连接，接收插拔状态信号vdet，从中确定出处于插入连接状态的模块组件。处于插入连接状态的模块组件，就需要上电，以便进行工作。对于这些处于插入连接状态的模块组件，控制模块120统计输出分时上电控制信号en，控制处于插入连接状态的模块组件分时上电。也就是说，处于插入连接状态的模块组件，不会在插入的瞬间就上电工作，也不会一直连通电源进行工作，而是与其他处于插入连接状态的模块组件一起，分时上电工作。示例的，假设处于插入连接状态的模块组件的数量为m，可以将单位时间分为m个时间片段，每个处于插入连接状态的模块组件，在对应一个时间片段内上电工作。可以理解的是，单位时间内切分的时间片段数量，也可以不等于处于插入连接状态的模块组件的数量，可以让二个或多个模块组件共用一个时间片段。

控制模块120输出分时上电控制信号en给上电控制模块130。分时上电控制信号en可以由对应各个模块组件的分时上电控制子信号en1～enn组成，每个分时上电控制子信号enx(x为不超过n的正整数)对应一个模块组件。当对应的模块组件处于插入连接状态时，对应的模块组件进行分时上电。如果对应的模块组件未处于插入连接状态时，对应的模块组件不会上电。

上电控制模块130，接收对应自己的分时上电控制子信号enx。当分时上电控制子信号enx为开启电平时，上电控制模块130连通电源与对应的模块组件之间的电源线路；反之，上电控制模块130断开电源线路。

本实施例提供的热插拔控制路，对插拔的模块组件进行检测，当检测到有若干模块组件处于插入连接状态时，对于这些处于插入连接状态的模块组件进行分时上电控制，上电控制模块仅在对应自己的时间片段内，给对应的模块组件上电。如此，模块组件在插入的瞬间，不会自动上电，避免了多个模块组件同时插入时的供电不足的问题。同时，在正常工作时，模块组件仍然分时上电，即使有多个模块组件同时在上电工作，也能进一步提高电源的稳定性。

在一些实施例中，上电控制模块130，如图3所示，可以具体包括电源线路控制单元132、开关电路131，开关电路131接收分时上电控制子信号enx，转换为通断信号，输出给电源线路控制单元132；电源线路控制单元132具体包括控制器u1、电源线路开关管q3，电源线路开关管q3具有一个控制端、两个线路端，线路端分别连接电源vpower和组件电源输出端vout，组件电源输出端vout用于连接模块组件，输出组件电源；控制器u1接收通断信号，产生对应的控制信号，输出到电源线路开关q3的控制端，电源线路开关q3根据控制信号，连通或者关断电源vpower和组件电源输出端vout之间的电源线路。

电源线路开关q3可以是三极管或者场效应管。当电源线路开关q3为三极管时，基极为控制端，集电极为连接电源vpower的线路端，发射极为连接组件电源输出端vout的线路端。当电源线路开关q3为场效应管时，如图3所示，栅极为控制端，漏极为连接电源vpower的线路端，源极为连接组件电源输出端vout的线路端。具体的，电源线路开关q3的控制端为高电平时，电源线路开关q3导通，连通电源vpower和组件电源输出端vout之间的电源线路；当控制端为低电平时，电源线路开关q3关断，断开电源vpower和组件电源输出端vout之间的电源线路。

电源线路开关q3的控制端，由控制器u1产生的控制信号进行控制。而控制信号，是由控制器u1根据接收的通断信号而产生的。在图3示出的实施例中，控制器u1至少包括通断信号输入引脚uvlo/en、控制信号引脚gate、电源引脚vin和接地引脚gnd，通断信号输入引脚uvlo/en接收通断信号，控制信号引脚gate输出控制信号。

开关电路131将接收到的分时上电控制子信号enx，转换为通断信号，输出给控制器u1。通断信号可以具体包括开通子信号和关断子信号。

通断信号输入引脚uvlo/en，可以直接连接通断信号。通断信号输入引脚uvlo/en也可以，如图3所示，在连接通断信号的同时，连接在一个分压电路上。这样的话，可以有效保证控制器u1仅在开通子信号的情况下，才会连通电源和模块组件之间的电源线路。

具体的，如图3所示，电源线路控制单元132还可以包括第五电阻r5、第六电阻r6，第五电阻r5的第一端连接高电平，第二端连接第六电阻r6的第一端，第六电阻r6的第二端接地，通断信号输入引脚uvlo/en与第六电阻r6的第一端连接，同时还连接通断信号。如此，通断信号输入引脚uvlo/en，由第六电阻r6上的电压和通断信号决定其信号。在图3中，当通断信号为开通子信号——具体为开路信号时，第六电阻上有高电平，信号输入引脚uvlo/en接收高电平信号，控制器u1的控制信号引脚gate输出高电平，控制电源线路开关q3导通，连通电源和模块组件之间的电源线路。当通断信号为关断子信号——具体为低电平时，第六电阻上电压为低电平，信号输入引脚uvlo/en接收低电平信号，控制电源线路开关q3关断，断开电源和模块组件之间的电源线路。

可以理解的是，控制器u1，也可以在信号输入引脚uvlo/en接收低电平信号时，控制信号引脚gate输出高电平。

在图3示出的实施例中，开关电路131具体包括第一场效应管q1、第二场效应管q2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4，第一场效应管q1的栅极连接第二电阻r2的第一端，第二电阻r2的第二端一方面通过第一电阻r1接地，另一方面接收分时上电控制子信号enx；第一场效应管q1的漏极连接第三电阻r3的第一端，第三电阻r3的第二端连接高电平，第一场效应管q1的源极接地；第二场效应管q2的栅极，一方面与第三电阻r3的第一端连接，另一方面通过电阻r4接地，第二场效应管q2的源极接地，漏极作为开关电路131的输出端，输出通断信号。

第三电阻r3、第四电阻r4可以构成一个分压电路，同时第三电阻r3的第二端还通过第一场效应管q1接地，第二场效应管q2的栅极连接在第三电阻r3、第四电阻r4之间的位置，对第四电阻r4上的电压进行采样。第二场效应管q2根据第四电阻r4上的电压，在关断和导通的两个状态之间进行切换。

第一场效应管q1的栅极接收外部输入的分时上电控制子信号enx。当分时上电控制子信号enx为高电平时，第一场效应管q1导通，第三电阻r3上的电流流经第一场效应管q1，第四电阻r4上没有电流，第四电阻r4的电压为低电平。第二场效应管q2关断，开关电路131输出开通子信号——开路信号。

当分时上电控制子信号enx为低电平时，第一场效应管q1关断，第三电阻r3上的电流流经第四电阻r4，第四电阻r4的电压为高电平。第二场效应管q2导通，开关电路131输出关断子信号——低电平。

在图3示出的例子中，分时上电控制子信号enx的开启电平为高电平，第一场效应管q1为n沟道场效应管，栅极为高电平时导通，开关电路131对应输出开通子信号。可以理解的是，对于分时上电控制子信号enx，开启电平可以是高电平，也可以是低电平。如图4所示，在开关电路131中，第一场效应管q1的栅极，不再通过第一电阻r1接地，而是通过上拉电阻r1’连接高电平。相应的，第一场效应管q1可以为p沟道场效应管，栅极为低电平时导通，开关电路131对应输出开通子信号。

可以理解的是，第一场效应管q1、第二场效应管q2，也可以替换为三极管。

控制器u1，可以是常见的热插拔控制器。在一些实施例中，控制器u1可以具体为lm5069。控制器u1还可以包括有过压保护引脚ovlo、电流检测引脚sense、功率限制引脚pwr、工作状态引脚pgd、时钟引脚timer以及反馈引脚fb，电源线路控制单元132还可以包括第七电阻r7、第八电阻r8、电流检测电阻rs，第七电阻r7的第一端连接电源vpower，第二端连接第八电阻r8的第一端，第八电阻r8的第二段接地，第七电阻r7、第八电阻r8形成分压电路，过压保护引脚ovlo连接在第七电阻r7、第八电阻r8之间，采集第八电阻r8的电压。当过压保护引脚ovlo的电压超过预设电压值时，控制器u1不工作。功率限制引脚pwr通过一个电阻接地，用于设置电源线路上的功率上限值。电流检测电阻rs串联在电源线路上，电流检测引脚sense连接在电流检测电阻rs的一端，用于检测电流检测电阻rs上的电压，以用于计算电源线路上的功率；当电源线路上功率超过功率上限值且持续预设时间时，控制器u1不工作。时钟引脚timer可以通过一个电容接地，用于设置预设时间。工作状态引脚pgd可以并联一个上拉电路，用于输出所述控制器的工作状态信号。反馈引脚fb与组件电源输出端vout连接，用于反馈输出的组件电源。

如果电源vpower的电压波动过大，第八电阻r8上的电压就会增大，如果过压保护引脚ovlo采集到的电平信号超过预设电压值，则控制器u1可以关断电源线路。

电流检测引脚sense可以检测电流检测电阻rs上的电压，由此判断电源线路上的电流大小，并计算出电源线路上的功率大小。当电源线路上功率超过功率上限值且持续预设时间时，控制器u1可以停止工作；也可以通过控制信号，关断电源线路开关q3。通过时钟引脚timer可以配置电源线路上超过功率上限值时允许的持续时间——预设时间。通过功率限制引脚pwr，可以配置通过电源线路开关q3的功率上限值。

为了避免电源的电压波动对控制器u1的通断信号输入引脚uvlo/en产生影响，上电控制模块130还包括电容c1，电容c1与第六电阻r6并联连接。通过设置电容c1，可以避免电源的电压波动导致的第二场效应管q2的误导通，避免对控制器u1的通断信号输入引脚uvlo/en产生影响。

为了降低电源的电压波动的影响，上电控制模块130还包括稳压管z1，电源vpower通过稳压管z1接地。通过设置稳压管z1，可以降低电源vpower的电压波动的影响，实现稳压保护的作用。

为了提升输出组件电源的稳定性，上电控制模块130还包括滤波电容单元137，滤波电容单元137可以具体包括若干并联的电容，组件电源输出端vout通过滤波电容单元137接地。

为了降低电源线路关断时模块组件中的残余电能的影响，上电控制模块130还包括回流二极管d2，组件电源输出端vout通过回流二极管d2接地。回流二极管d2可以迅速消耗掉关断时模块组件中的残余电能，避免影响上电控制模块130。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。