一种基于MOSFETSOA的低成本热插拔启动电路及方法与流程

一种基于mosfet soa的低成本热插拔启动电路及方法
技术领域
1.本发明涉及服务器技术领域，具体涉及一种基于mosfet soa的低成本热插拔启动电路及方法。


背景技术：

2.随着信息化的普及与发展，人们日常生活对网络的依赖与要求也越来越高，对服务器性能的要求也越来越高。为了满足服务器高性能的要求，服务器板卡上的cpu、内存条、硬盘与其他热插拔器件功率等也日益提高，这就导致板上电容容量日益增大，这使得板上热插拔mosfet在开启时承受的压力越来越大，对mosfet的选择也提出了更高的要求，mosfet使用规格越来越高。
3.现有方案选取mosfet时为了不超过mosfet的soa(soa,safe operating area，安全工作区),将其启动电流设定为恒定电流，该恒定电流值一般小于soa曲线中最小电流值。
4.现有方案对mosfet启动电流的设定，不能充分利用mosfet的soa导致过设计，并且当功率增大到一定程度时需要重新评估、选择更高规格的mosfet，增加了设计的难度及周期。


技术实现要素：

5.本发明实施例中提供了一种基于mosfet soa的低成本热插拔启动电路及方法，以解决现有技术中不能充分利用mosfet的soa导致过设计的问题，和功率增大导致重新评估、选择更高规格mosfet、增加设计难度及周期的问题。
6.本发明实施例公开了如下技术方案：
7.本发明第一方面提供了一种基于mosfet soa的低成本热插拔启动电路，包括mosfet q、电压采集模块、电流采集模块、控制模块和驱动电路，所述电压采集模块用于采集mosfet q漏源极两端的电压vds，所述电流采集模块用于采集mosfet q漏源极的启动电流isense，所述控制模块用于接收电压vds和启动电流isense，并控制驱动电路调整mosfet q的栅极电压。
8.进一步地，所述电流采集模块包括精密电阻rsense、电阻r1、电阻r2、电容c1、电容c2、电容c5、电容c7和差分运放u1,rsense的一端连接mosfet q的漏极和电阻r2的一端，rsense的另一端连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接电容c1的一端、电容c5的一端和差分运放u1的第一输入端,电容c1的另一端接地，电阻r2的另一端连接电容c2的一端、电容c5的另一端和差分运放u1的第二输入端,电容c2的另一端接地，差分运放u1的输出端连接控制模块和电容c7的一端，电容c7的另一端接地；
9.所述电流采集模块通过电阻r1和电阻r2采集精密电阻rsense两端的电压vsense，vsense经开尔文走线输入差分运放u1放大后，输入到控制模块；
10.电容c1、电容c2、电容c5和电容c7用于高频滤波。
11.进一步地，所述电压采集模块包括电阻r3、电阻r4、电容c3、电容c4、电容c6、电容
c8和差分运放u2,r3的一端连接rsense的另一端，电阻r3的另一端连接电容c3的一端、电容c6的一端和差分运放u2的第一输入端,电容c3的另一端接地，电阻r4的一端连接mosfet q的源极，电阻r4的另一端连接电容c4的一端、电容c6的另一端和差分运放u2的第二输入端,电容c4的另一端接地，差分运放u2的输出端连接控制模块和电容c8的一端，电容c8的另一端接地；
12.所述电压采集模块通过电阻r3和电阻r4采集mosfet q漏源极两端的电压vds，vds经开尔文走线输入差分运放u2放大后，输入到控制模块；
13.电容c3、电容c4、电容c6和电容c8用于高频滤波。
14.进一步地，所述控制模块包括bmc，bmc的电流采集端连接差分运放u1的输出端，bmc的电压采集端连接差分运放u2的输出端；
15.bmc将vds转换为对应mosfet soa曲线上的阈值电流ilimit，将电压vsense转换为启动电流isense，并将阈值电流ilimit和启动电流isense进行比对，
16.当ilimit>isense时，则mosfet上消耗的功率超过soa，bmc控制驱动电路降低mosfet q的栅极电压，
17.当ilimit<isense时，则mosfet上消耗的功率小于soa，bmc控制驱动电路增大mosfet q的栅极电压，
18.当ilimit＝isense时，则mosfet上消耗的功率符合soa，bmc不对驱动电路进行控制。
19.本发明第二方面提供了一种基于mosfet soa的低成本热插拔启动方法，包括：
20.bmc通过精密电阻rsense采集mosfet q漏源极的启动电流isense；
21.bmc采集mosfet q漏源极两端的电压vds；
22.bmc将vds对应于mosfet soa曲线上的阈值电流ilimit和启动电流isense进行比对，并控制驱动电路调整mosfet q的栅极电压。
23.进一步地，所述bmc通过精密电阻rsense采集mosfet q漏源极的启动电流isense，具体为：
24.通过电阻r1和电阻r2采集精密电阻rsense两端的电压vsense，vsense经开尔文走线输入差分运放u1放大后，输入到bmc，bmc将电压vsense转换为启动电流isense。
25.进一步地，所述采集mosfet q漏源极两端的电压vds，具体为：
26.通过电阻r3和电阻r4采集mosfet q漏源极两端的电压vds，vds经开尔文走线输入差分运放u2放大后，输入到bmc,bmc将vds转换为对应mosfet soa曲线上的阈值电流ilimit。
27.进一步地，所述bmc将vds对应于mosfet soa曲线上的阈值电流ilimit和启动电流isense进行比对，并控制驱动电路调整mosfet q的栅极电压，具体为：
28.当ilimit>isense时，则mosfet上消耗的功率超过soa，bmc控制驱动电路降低mosfet q的栅极电压；
29.当ilimit<isense时，则mosfet上消耗的功率小于soa，bmc控制驱动电路增大mosfet q的栅极电压；
30.当ilimit＝isense时，则mosfet上消耗的功率符合soa，bmc不对驱动电路进行控制。
31.发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
32.本发明提供的基于mosfet soa的低成本热插拔启动电路及方法，电流采集模块通过电阻r1和电阻r2采集精密电阻rsense两端的电压vsense，vsense经开尔文走线输入差分运放u1放大后，输入到bmc；电压采集模块通过电阻r3和电阻r4采集mosfet q漏源极两端的电压vds，vds经开尔文走线输入差分运放u2放大后，输入到bmc；bmc将vds对应于mosfet soa曲线上的阈值电流ilimit和启动电流isense进行比对，根据比较结果来调整mosfet栅极电压，进而调节流过mosfet的电流，达到充分利用mosfet soa以及保护mosfet的目的。本发明解决了现有技术中不能充分利用mosfet的soa导致过设计的问题，和功率增大导致重新评估、选择更高规格mosfet、增加设计难度及周期的问题。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明所述电路结构框图；
35.图2为本发明实施例的电路原理图；
36.图3为mosfet的soa曲线；
37.图4为本发明所述方法流程图。
具体实施方式
38.为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
39.如图1所示，为本发明所述电路结构框图，电路包括mosfet q(mosfet，metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor，金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管)、电压采集模块、电流采集模块、控制模块和驱动电路，电压采集模块用于采集mosfet q(mosfet型号为psmn1r0)漏源极两端的电压vds，电流采集模块用于采集mosfet q漏源极的启动电流isense，控制模块用于接收电压vds和启动电流isense，并控制驱动电路调整mosfet q的栅极电压。
40.如图2所示，为本发明实施例的电路原理图。
41.电流采集模块包括精密电阻rsense、电阻r1、电阻r2、电容c1、电容c2、电容c5、电容c7和差分运放u1(差分运放型号为ltc6362),rsense的一端连接mosfet q的漏极和电阻r2的一端，rsense的另一端连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接电容c1的一端、电容c5的一端和差分运放u1的第一输入端,电容c1的另一端接地，电阻r2的另一端连接电容c2的一端、电容c5的另一端和差分运放u1的第二输入端,电容c2的另一端接地，差分运放u1的输
出端连接控制模块和电容c7的一端，电容c7的另一端接地。
42.电流采集模块通过电阻r1和电阻r2采集精密电阻rsense两端的电压vsense，vsense经开尔文走线输入差分运放u1放大后，输入到控制模块。
43.电容c1、电容c2、电容c5和电容c7用于高频滤波。
44.电压采集模块包括电阻r3、电阻r4、电容c3、电容c4、电容c6、电容c8和差分运放u2(差分运放型号为ltc6362),r3的一端连接rsense的另一端，电阻r3的另一端连接电容c3的一端、电容c6的一端和差分运放u2的第一输入端,电容c3的另一端接地，电阻r4的一端连接mosfet q的源极，电阻r4的另一端连接电容c4的一端、电容c6的另一端和差分运放u2的第二输入端,电容c4的另一端接地，差分运放u2的输出端连接控制模块和电容c8的一端，电容c8的另一端接地。
45.电压采集模块通过电阻r3和电阻r4采集mosfet q漏源极两端的电压vds，vds经开尔文走线输入差分运放u2放大后，输入到控制模块。
46.电容c3、电容c4、电容c6和电容c8用于高频滤波。
47.开尔文走线方式用来消除采样点到差分放大器路径中引入的干扰。
48.电容c1、c2、c3和c4为共模电容，电容c5和c6为差模电容，这两种电容利用电容的高频低阻抗，使高频干扰信号短路，而低频时电路不受任何影响。
49.差模电容通过电容两极之间短路，使高频干扰流过电容而不进入差分运放，共模电容通过电容两级对地短路，使高频干扰通过电容流向地，而不进入差分运放。
50.控制模块包括bmc(bmc型号为ast2520a2)，bmc的电流采集端连接差分运放u1的输出端，bmc的电压采集端连接差分运放u2的输出端。
51.电容c7和c8为高频滤波电容，靠近bmc引脚放置，在差分运放输出信号进入bmc之前滤除高频干扰。
52.如图3所示，为mosfet的soa曲线，bmc根据mosfet soa曲线、测得的vds电压以及设定的电流持续时间，计算得到相应的电流阈值ilimit。
53.差分运放u1将rsense两端的电压进行做差得到rsense上的压降vsense放大，并输入到bmc，bmc再根据rsense阻抗和差分运放u1的放大倍数，转换为启动电流isense。
54.bmc将阈值电流ilimit和启动电流isense进行比对：
55.当ilimit>isense时，则mosfet上消耗的功率超过soa，bmc控制驱动电路降低mosfet q的栅极电压，以降低流过漏源极的电流，来降低mosfet消耗的功率以达到保护mosfet的作用；
56.当ilimit<isense时，则mosfet上消耗的功率小于soa，bmc控制驱动电路增大mosfet q的栅极电压，以增大流过漏源极的电流，来充分利用mosfet的soa；
57.当ilimit＝isense时，则mosfet上消耗的功率符合soa，bmc不对驱动电路进行控制。
58.如图4所示，为本发明所述方法流程图，方法包括：
59.bmc通过精密电阻rsense采集mosfet q漏源极的启动电流isense；
60.bmc采集mosfet q漏源极两端的电压vds；
61.bmc将vds对应于mosfet soa曲线上的阈值电流ilimit和启动电流isense进行比对，并控制驱动电路调整mosfet q的栅极电压。
62.bmc通过精密电阻rsense采集mosfet q漏源极的启动电流isense，具体为：
63.通过电阻r1和电阻r2采集精密电阻rsense两端的电压vsense，vsense经开尔文走线输入差分运放u1放大后，输入到bmc，bmc将电压vsense转换为启动电流isense。
64.采集mosfet q漏源极两端的电压vds，具体为：
65.通过电阻r3和电阻r4采集mosfet q漏源极两端的电压vds，vds经开尔文走线输入差分运放u2放大后，输入到bmc,bmc将vds转换为对应mosfet soa曲线上的阈值电流ilimit。
66.bmc将vds对应于mosfet soa曲线上的阈值电流ilimit和启动电流isense进行比对，并控制驱动电路调整mosfet q的栅极电压，具体为：
67.当ilimit>isense时，则mosfet上消耗的功率超过soa，bmc控制驱动电路降低mosfet q的栅极电压；
68.当ilimit<isense时，则mosfet上消耗的功率小于soa，bmc控制驱动电路增大mosfet q的栅极电压；
69.当ilimit＝isense时，则mosfet上消耗的功率符合soa，bmc不对驱动电路进行控制。
70.本发明充分利用mosfet的soa特性，快速的开启mosfet，并动态调节mosfet栅极电压，从而动态调节流过mosfet漏源极间的启动电流isense，使启动电流isense动态跟随并且略小于soa曲线对应的电流。
71.本发明还可应用在其他集中供电的高密度服务器应用场合。
72.以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。