一种具有保护措施的交换机风扇板及保护方法与流程

1.本发明涉及交换机技术领域，尤其涉及一种具有保护措施的交换机风扇板及保护方法。


背景技术：

2.在交换机整机系统中，风扇模组以及所连接的风扇板是整个交换机的重要组成部分，两者的合理搭配也是整个交换机散热策略的实际执行者，而交换机的风扇板在搭载不同风扇模组或者风扇转速高频率改变的情况下可能会造成风扇输出的基准电压产生较大的过冲，这样很有可能给后续的芯片及电路造成冲击甚至损坏，尤其是风扇板上面的相对脆弱的可编程逻辑器件。
3.在现有的交换机系统中，风扇板所占用的空间十分有限，所以对于风扇板pcb的设计要求也就有了局限性。如何在有限面积的板卡上合理的分布有限的器件是当前的一个问题。
4.而对于功能实现比较单一的风扇板来说，使用过多的大型器件或者为了减少布局难度使用过多的集成芯片导致成本增加都是没有必要的。所以如何在有限的布局空间里面添加风险规避手段是摆在硬件工程师面前的难题。在这种情况下过冲风险相较于短路静电温度等风险的优先级没有那么高，但是这并意味着在增加保护过冲电路是非必需的，也不是不能实现的。另外风扇板的使用是承接与其相连的风扇模组，风扇模组的厂商较多，当一台交换机只需要搭配一款同厂商风扇时，过冲的问题很有可能被忽略，但是当交换机需要适配搭载多款风扇时，过冲问题就会发生，到这风扇运行不稳定，影响交换机的稳定可靠工作。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种具有保护措施的交换机风扇板，装置可以减少风扇的输出过冲问题，可以提高交换机整机的可靠性，也有利于交换机的使用寿命。
6.具有保护措施的交换机风扇板，包括：风扇板和多个风扇；风扇板上设有可编程逻辑器、风扇板信号连接器、i2c总线扩展器、电源连接器以及数量与风扇相匹配的保护电路；
7.电源连接器与每个风扇的供电端连接，可编程逻辑器通过保护电路与风扇连接，控制风扇运行；保护电路设有比较电路和稳压电路；
8.每个风扇分别与i2c总线扩展器连接，风扇板信号连接器分别与i2c总线扩展器和可编程逻辑器连接。
9.进一步需要说明的是，比较电路包括：稳压器u1、电阻r1以及电阻r2；
10.电阻r1第一端与比较电路的输入端连接，电阻r1第二端分别与稳压器u1正极输入端和电阻r2第一端连接；
11.稳压器u1负极输入端接收基准电压vref；
12.稳压器u1输出端分别与电阻r2第二端和比较电路输出端连接。
13.进一步需要说明的是，稳压电路包括：限流电阻r3和稳压管d1；
14.限流电阻r3第一端连接电源正极，限流电阻r3第二端分别与稳压管d1阴极和可编程逻辑器的正极供电端连接；
15.稳压管d1阳极和可编程逻辑器的负极供电端分别接地。
16.进一步需要说明的是，i2c总线扩展器连接有用于感应风扇板温度信息的温度传感器和储存器；
17.温度传感器和储存器分别通过i2c总线扩展器与可编程逻辑器连接。
18.进一步需要说明的是，可编程逻辑器连接有jtag模块。
19.电源连接器通过efuse模块与风扇的供电端连接。
20.进一步需要说明的是，风扇板上还设有状态指示灯，可编程逻辑器通过状态指示灯连接与每个风扇连接，用于通过状态指示灯显示每个风扇的状态信息。
21.本发明还提供一种交换机风扇板的保护方法，方法包括：
22.交换机风扇板上电启动；
23.保护电路的比较电路生成大于稳压器正常工作电压v1的对比电压v0；
24.对比电压v0小于稳压电路的当前基准电压vref时，可编程逻辑器控制稳压电路处于稳压状态；
25.可编程逻辑器还通过保护电路检测对比电压v0和当前基准电压vref的大小关系，并控制风扇板的使能输出。
26.进一步需要说明的是，稳压器u1负极输入端接收基准电压vref；
27.稳压器u1正极输入端接收输入电压vin；
28.输入电压vin高于基准电压vref时，稳压器u1输出电路vout为高电平，风扇正常工作；
29.当输入电压vin低于基准电压vref时，稳压器u1输出电路vout为低电平，风扇停止工作。
30.进一步需要说明的是，保护电路的稳压电路中输入电压为vi，输出电压为vo，稳压管d1两端的电压为vz；
31.当输入电压vi增大时，输出电压vo上升，使稳压管d1的反向电压增加，流过稳压管d1的电流增加，流过限流电阻r3的电流将增加，限流电阻r3上的压降将变大，使得vi增量的压降在限流电阻r3上被消耗，使输出电压vo维持不变；
32.反之，当输入电压vi下降时，输出电压vo将下降，使稳压管d1的反向电压也随之下降，流过稳压管d1的反向电流也下降，限流电阻r3的电流将减少，限流电阻r3上的压降将变小，vo的电压上升并稳定后，输出电压vo维持不变。
33.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
34.本发明提供的具有保护措施的交换机风扇板及保护方法，包括：风扇板和多个风扇；风扇板上设有可编程逻辑器、风扇板信号连接器、i2c总线扩展器、电源连接器以及数量与风扇相匹配的保护电路；本发明实现了对交换机风扇板信号过冲的有效规避，避免信号过冲所导致的故障，即使在故障发生时也可以对故障处理，减少风扇的输出过冲问题，可以提高交换机整机的可靠性，也有利于交换机的使用寿命。
processing)、数字信号处理装置(dspd，digital signal processing device)、可编程逻辑装置(pld，programmable logic device)、现场可编程门阵列(fpga，field programmable gate array)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、被设计为执行这里描述的功能的电子单元中的至少一种来实施，在一些情况下，这样的实施方式可以在控制器中实施。
48.而本发明的上述系统中，如图2所示，比较电路包括：稳压器u1、电阻r1以及电阻r2；电阻r1第一端与比较电路的输入端连接，电阻r1第二端分别与稳压器u1正极输入端和电阻r2第一端连接；稳压器u1负极输入端接收基准电压vref；稳压器u1输出端分别与电阻r2第二端和比较电路输出端连接。
49.也就是说，依据本发明改进所实施的保护电路分为两个部分：比较电路与稳压电路。如图2所示就是一个比较电路，这种比较电路的好处是具有比较好的抗干扰能力，对于一般的信号抖动都可以保证输出一个稳定的电平。输入电压如图中所示的vin，比较电路中最关键的部分就是vref，也就是所谓的基准电压。基准电压在负端输入，而输入电压vin在正端输入的话，比较电压高于基准电压，运放输出vout就是我们需要的高电平。相反如果比较电压低于基准电压，运放输出vout就是低电平，这个情况下，整个电路会处于停滞状态。但是由于比较电路前端为风扇，只要风扇正常工作，系统的比较电压就不会低于我们的基准电压。而增加比较电路在于克服过冲，过冲的突出一定高于基准电压的，所以比较电路的存在可以保证，一旦过冲出现，输出vout可以保证始终是一个高电平的稳定电压。vref的阈值可以根据电阻或者二级管的使用来具体定义。
50.对于本发明涉及的稳压电路来讲，如图3所示，包括：限流电阻r3和稳压管d1；限流电阻r3第一端连接电源正极，限流电阻r3第二端分别与稳压管d1阴极和可编程逻辑器的正极供电端连接；稳压管d1阳极和可编程逻辑器的负极供电端分别接地。
51.稳压电路在交换机风扇板系统中为了保证当出现电压波动或负载变化时，可以自动调节使直流输出电压稳定。此处负载是风扇板中保护电路后端的可编程逻辑器件，也可以是其他元器件。稳压电路中，vi是输入电压；vo是输出电压，即稳压管两端的电压vz(电路是并联)。当负载电阻不变，输入电压vi增大时，输出电压vo将上升，使稳压管d1的反向电压会略有增加，随之流过稳压管d1的电流增加，于是流过限流电阻r3的电流将增加，限流电阻r3上的压降将变大，使得vi增量的大部分压降在限流电阻r3上被消耗，从而使输出电压vo基本维持不变。反之，当负载电阻不变，输入电压vi下降时，输出电压vo将下降，使稳压管d1的反向电压也随之下降，流过稳压管d1的反向电流也略微下降，于是，流过限流电阻r3的电流将减少，限流电阻r3上的压降将变小，这样vo的电压又会上升这样稳定后，电压vo还是基本维持不变。通过这样的稳压动作之后，输出到可编程逻辑器件中的电压将被钳制在稳定状态，确保无过冲波动。由于这种比较电路加稳压电路的组合十分简易，不会占用风扇板的布局空间，也不会产生过多的器件成本，所有尤其是放置到风扇板当中，具体的交换机风扇板系统拓扑可以根据实际应用情况进行设计使用。
52.进一步的讲，i2c总线扩展器连接有用于感应风扇板温度信息的温度传感器和储存器；温度传感器和储存器分别通过i2c总线扩展器与可编程逻辑器连接。可以使用户了解风扇板的运行状态以及交换机的运行状态，储存器起到了对数据的进行储存。
53.为了能够对可编程逻辑器进行程序编辑，可编程逻辑器连接有jtag模块。风扇在
运行过程中，为了能够让用户了解风扇运行状态，风扇板上还设有状态指示灯，可编程逻辑器通过状态指示灯连接与每个风扇连接，用于通过状态指示灯显示每个风扇的状态信息。状态指示灯可以包含运行状态的绿色灯，以及停止运行的红色灯，还可以设置故障灯等等。
54.风扇板基于电源连接器给风扇供电的链路上，还可以设置efuse模块，利用efuse可以降低芯片的功耗以及增加芯片的可控性，可提高风扇板的安全性，利用efuse技术，还可以降低制造的成本。电源连接器通过efuse模块与风扇的供电端连接。
55.这样，基于本发明提供的具有保护措施的交换机风扇板实现了对交换机风扇板系统信号过冲的有效规避，一定程度上避免信号过冲所导致的故障，即使在故障发生时也可以对故障进行有效的分析。
56.基于上述具有保护措施的交换机风扇板本发明还提供了交换机风扇板的保护方法，如图4所示，方法包括：
57.s101、交换机风扇板上电启动；
58.s102、保护电路的比较电路生成大于稳压器正常工作电压v1的对比电压v0；
59.s103、对比电压v0小于稳压电路的当前基准电压vref时，可编程逻辑器控制稳压电路处于稳压状态；
60.s104、可编程逻辑器还通过保护电路检测对比电压v0和当前基准电压vref的大小关系，并控制风扇板的使能输出。保护方法实现了对交换机风扇板系统信号过冲的有效规避，一定程度上避免信号过冲所导致的故障，即使在故障发生时也可以对故障进行有效的分析。
61.进一步的讲，方法中的保护电路设有比较电路和稳压电路；对于比较电路来讲，稳压器u1负极输入端接收基准电压vref；
62.稳压器u1正极输入端接收输入电压vin；
63.输入电压vin高于基准电压vref时，稳压器u1输出电路vout为高电平，风扇正常工作；
64.当输入电压vin低于基准电压vref时，稳压器u1输出电路vout为低电平，风扇停止工作。增加比较电路在于克服过冲，过冲的突出一定高于基准电压的，所以比较电路的存在可以保证，一旦过冲出现，输出vout可以保证始终是一个高电平的稳定电压。
65.对于本发明的稳压电路来讲，保护电路的稳压电路中输入电压为vi，输出电压为vo，稳压管d1两端的电压为vz；
66.当输入电压vi增大时，输出电压vo上升，使稳压管d1的反向电压增加，流过稳压管d1的电流增加，流过限流电阻r3的电流将增加，限流电阻r3上的压降将变大，使得vi增量的压降在限流电阻r3上被消耗，使输出电压vo维持不变；
67.反之，当输入电压vi下降时，输出电压vo将下降，使稳压管d1的反向电压也随之下降，流过稳压管d1的反向电流也下降，限流电阻r3的电流将减少，限流电阻r3上的压降将变小，vo的电压上升并稳定后，输出电压vo维持不变。
68.这样vo的电压又会上升这样稳定后，电压vo还是基本维持不变。通过这样的稳压动作之后，输出到可编程逻辑器件中的电压将被钳制在稳定状态，确保无过冲波动。
69.对于本发明提供的具有保护措施的交换机风扇板及保护方法中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为
了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
70.本发明提供的具有保护措施的交换机风扇板的附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微可编程逻辑器装置中实现这些功能实体。
71.对于本发明提供的具有保护措施的交换机风扇板及保护方法是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
72.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。