一种热插拔电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种热插拔电路，所述热插拔电路包括：第一MOSFET、第二MOSFET和保护器件；所述第一MOSFET的S级连接电路的输入端，所述第一MOSFET的D级连接电路的输出端；所述第二MOSFET的S级连接电路的输入端，所述第二MOSFET的D级连接电路的输出端；所述保护器件的第一端连接所述第一MOSFET的D级，所述保护器件的第二端连接所述第二MOSFET的G级，所述保护器件的第三端连接所述第二MOSFET的S级；当所述保护器件被打开时，所述第二MOSFET处于截止状态；当所述保护器件被关闭时，所述第二MOSFET处于导通状态。通过本实用新型的技术方案，可以在热插拔电路中使用SOA较弱的第二MOSFET，减小单板功耗，降低成本和空间。
【专利说明】
一种热插拔电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种热插拔电路。
【背景技术】
[0002]对于高可用性的网络设备(如服务器、网络交换机、冗余存储磁盘阵列等)来说，需要在整个使用生命周期内具有接近零的停机率。如果网络设备的某个单板(如主控板、接口板等)发生故障或者需要升级，则需要在不中断网络设备的其它单板的情况下替换该单板，即发生故障或者需要升级的单板被从网络设备上移除，新单板被插入到网络设备上，这个过程被称为热插拔，这个单板被称为热插拔单板，且单板上使用的电路被称为热插拔电路。
[0003]在热插拔电路中，在电路的输入端和电路的输出端之间，通常需要并联多个M0SFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化层半导体场效晶体管)。每个MOSFET都有自身的S0A(Safe Operating Area，安全工作区域)，SOA是指MOSFET在预设时间内能够支持的最大功率，例如，MOSFET的VDS在一定电压下I秒内支持的最大功率为500瓦，则SOA就是500瓦。
[0004]随着热插拔电路的广泛使用，可能会在高功率的应用场景(如功率大于1000瓦)下使用热插拔电路，这样，就需要热插拔电路中并联的每个MOSFET的SOA均大于1000瓦，以避免功率过高导致MOSFET被烧坏。由于热插拔电路中的每个MOSFET均需要较强的SOA，导致成本空间不断攀升。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供一种热插拔电路，所述热插拔电路包括:第一M0SFET、第二 MOSFET和保护器件;其中，所述第一MOSFET的S级连接电路的输入端，所述第一MOSFET的D级连接电路的输出端;所述第二 MOSFET的S级连接电路的输入端，所述第二 MOSFET的D级连接电路的输出端;所述保护器件的第一端连接所述第一 MOSFET的D级，所述保护器件的第二端连接所述第二 MOSFET的G级，所述保护器件的第三端连接所述第二 MOSFET的S级；
[0006]当所述保护器件被打开时，所述第二MOSFET处于截止状态；
[0007]当所述保护器件被关闭时，所述第二MOSFET处于导通状态；
[0008]其中，所述第一MOSFET的SOA大于所述第二MOSFET的S0A;
[0009]所述第一 MOSFET的导通电阻大于所述第二 MOSFET的导通电阻。
[0010]进一步的，所述保护器件具体包括:三极管;所述第一端为所述三极管的B级，所述第二端为所述三极管的C级，所述第三端为所述三极管的E级。
[0011 ]进一步的，所述保护器件具体包括:第三MOSFET;
[0012]所述第一端为所述第三MOSFET的G级，所述第二端为所述第三MOSFET的D级，所述第三端为所述第三MOSFET的S级。
[0013]进一步的，在所述第一MOSFET对应的VDS电压大于预设电压时，所述保护器件被打开;在所述第一 MOSFET对应的VDS电压不大于预设电压时，所述保护器件被关闭。[OOM] 进一步的，在所述热插拔电路上电，且所述第一MOSFET未完全打开时，则所述第一MOSFET对应的VDS电压大于预设电压;在所述热插拔电路上电完成，且所述第一 MOSFET完全打开时，则所述第一 MOSFET对应的VDS电压不大于预设电压。
[0015]进一步的，所述热插拔电路还包括热插拔控制器，所述热插拔控制器连接第一MOSFET 的G级。
[0016]进一步的，所述热插拔电路还包括第一电阻和第二电阻;所述第一电阻的一端连接第二MOSFET的S级，所述第一电阻的另一端连接所述第二MOSFET的G级;所述第二电阻的一端连接第二 MOSFET的G级，所述第二电阻的另一端连接地端。
[0017]进一步的，所述热插拔电路还包括:电容，所述电容的一端连接所述第二MOSFET的D级，所述电容的另一端连接地端。
[0018]进一步的，所述热插拔电路应用在网络设备的热插拔单板上。
[0019]基于上述技术方案，本实用新型实施例中，可以在热插拔电路中使用SOA较弱的第二 MOSFET，并使用保护器件对第二 MOSFET进行保护，从而将SOA能力较弱且导通电阻很低的第二MOSFET应用到热插拔电路中，解决大功率单板通流能力的瓶颈，减小单板功耗，降低成本和空间。
【附图说明】
[0020]为了更加清楚地说明本实用新型实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或者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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本实用新型一种实施方式中的热插拔电路的结构图；
[0022]图2是本实用新型另一种实施方式中的热插拔电路的结构图；
[0023]图3是本实用新型另一种实施方式中的热插拔电路的结构图；
[0024]图4是本实用新型另一种实施方式中的热插拔电路的结构图；
[0025]图5是本实用新型另一种实施方式中的热插拔电路的结构图；
[0026]图6是本实用新型另一种实施方式中的热插拔电路的结构图。
【具体实施方式】
[0027]在本实用新型使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而非限制本实用新型。本实用新型和权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。还应当理解，术语“和/或”是指包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0028]应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。取决于语境，所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
[0029]针对现有技术中存在的问题，本实用新型实施例中提出一种热插拔电路，该热插拔电路可以应用在网络设备(如服务器、网络交换机、冗余存储磁盘阵列等高可用性的网络设备)的热插拔单板(如主控板、接口板等)上，且该热插拔电路可以应用在高功率的应用场景(如功率大于1000瓦)下。
[0030]如图1所示，为本实用新型实施例中提出的热插拔电路的结构图，该热插拔电路具体可以包括:第一 MOSFET、第二 MOSFET和保护器件。其中，第一 MOSFET的S级连接电路的输入端，第一 MOSFET的D级连接电路的输出端。第二 MOSFET的S级连接电路的输入端，第二 MOSFET的D级连接电路的输出端。保护器件的第一端连接第一MOSFET的D级，保护器件的第二端连接第二 MOSFET的G级，保护器件的第三端连接第二 MOSFET的S级。
[0031 ]本实用新型实施例中，当保护器件被打开时，则第二MOSFET处于截止状态；当保护器件被关闭时，则第二 MOSFET处于导通状态。
[0032]本实用新型实施例中，在电路的输入端和电路的输出端之间，并联了第一MOSFET和第二 MOSFET，该第一 MOSFET的SOA大于第二 MOSFET的SOA，且该第一 MOSFET的导通电阻(RDSON)大于第二 MOSFET的导通电阻。
[0033]其中，SOA是指MOSFET在预设时间内能够支持的最大功率，例如，M0SFET的VDS为一定电压时在I秒内支持的最大功率为500瓦，则该MOSFET的SOA就是500瓦。理想的MOSFET在导通后应该没有电阻，而实际的MOSFET受到材料、工艺等影响，在导通后仍然存在电阻，这个电阻被称为导通电阻。
[0034]其中，第一MOSFET通常可以为SOA较强的M0SFET，例如，当热插拔电路应用在功率大于1000瓦的应用场景时，则第一MOSFET的SOA可以大于1000瓦。此外，第二MOSFET通常可以为SOA较弱的M0SFET，第二 MOSFET的SOA与热插拔电路的应用场景可以无关，如SOA为100瓦。
[0035]其中，第一MOSFET的导通电阻通常可以较大，而第二MOSFET的导通电阻通常可以很小，这样，经过第二 MOSFET的电流可以很大。
[0036]由于第二 MOSFET通常可以为SOA较弱的MOSFET，因此，为了保证第二 MOSFET可以正常使用，避免第二 MOSFET被烧坏，则可以通过保护器件对第二 MOSFET进行保护，具体的保护原理为:
[0037]在热插拔电路上电(即上电瞬间，该过程会经历一段很短时间)时，第一MOSFET未完全打开，此时，第一 MOSFET对应的VDS电压将大于预设电压;在第一 MOSFET对应的VDS电压大于预设电压时，则保护器件被打开；当保护器件被打开时，则第二MOSFET处于截止状态。在热插拔电路上电完成时，第一 MOSFET会完全打开，此时，第一 MOSFET对应的VDS电压不大于预设电压;在第一MOSFET对应的VDS电压不大于预设电压时，则保护器件被关闭；当保护器件被关闭时，则第二 MOSFET处于导通状态。
[0038]其中，在热插拔电路上电时，电路的输入端会向第一MOSFET输入指定大小的输入电压(如30伏)，当第一MOSFET未打开时，则第一MOSFET的电阻无穷大，因此，第一MOSFET对应的VDS电压等于输入电压(即第一 MOSFET左侧的电压为输入电压，第一 MOSFET右侧的电压为O，因此，VDS电压=输入电压-O)。当第一MOSFET完全打开时，第一MOSFET的电阻为O，因此，第一 MOSFET对应的VDS电压等于0(即第一 MOSFET左侧的电压为输入电压，第一 MOSFET右侧的电压为输入电压，因此，VDS电压=输入电压-输入电压)。综上所述，在第一MOSFET从未打开到完全打开的过程中，第一MOSFET对应的VDS电压从输入电压(如30伏)逐渐降低到O伏。
[0039]本实用新型实施例中，保护器件具体可以包括但不限于:三极管和第三MOSFETt^n图2所示，为保护器件为三极管时的热插拔电路的结构图，如图3所示，为保护器件为第三MOSFET时的热插拔电路的结构图。其中，当保护器件为三极管时，则保护器件的第一端为三极管的B级，保护器件的第二端为三极管的C级，保护器件的第三端为三极管的E级。当保护器件为第三MOSFET时，则保护器件的第一端为第三MOSFET的G级，保护器件的第二端为第三MOSFET的D级，保护器件的第三端为第三MOSFET的S级。
[0040]在实际应用中，三极管或者第三MOSFET均有对应的预设电压，该预设电压可以用于区分三极管或者第三MOSFET的打开或者关闭状态。具体的，当输入到三极管或者第三MOSFET的电压大于预设电压时，则三极管或者第三MOSFET被打开，当输入到三极管或者第三MOSFET的电压不大于预设电压时，则三极管或者第三MOSFET被关闭。其中，三极管对应的预设电压与第三MOSFET对应的预设电压可以相同，也可以不同。例如，三极管对应的预设电压可以为0.7伏，第三MOSFET对应的预设电压可以为3伏。
[0041 ] 基于上述原理，在第一MOSFET从未打开到完全打开的过程中，由于第一MOSFET对应的VDS电压从输入电压(如30伏)逐渐降低到O伏，因此，三极管或者第三MOSFET对应的输入电压从大于预设电压，变化到不大于预设电压。进一步的，在三极管或者第三MOSFET对应的输入电压大于预设电压时，则三极管或者第三MOSFET被打开。在三极管或者第三MOSFET对应的输入电压不大于预设电压时，则三极管或者第三MOSFET被关闭。
[0042]以保护器件为三极管为例进行后续说明，在图2所示的热插拔电路的基础上，该热插拔电路还可以包括第一电阻和第二电阻，如图4所示的热插拔电路的结构图。其中，该第一电阻的一端可以连接第二MOSFET的S级，该第一电阻的另一端可以连接第二MOSFET的G级。此外，该第二电阻的一端可以连接第二MOSFET的G级，该第二电阻的另一端可以连接地端。
[0043]其中，第一电阻和第二电阻的大小可以根据实际经验选择，第一电阻和第二电阻可以相同，也可以不同，第一电阻可以大于或者小于第二电阻。
[0044]如图4所示，在热插拔电路上电时，第一 MOSFET未完全打开，该第一 MOSFET对应的VDS电压将大于预设电压(如0.7伏)，因此三极管被打开。当三极管被打开时，则第二MOSFET的G级被三极管拉低，第二MOSFET处于截止状态，第二MOSFET不工作。由于第二MOSFET不工作，因此，在热插拔电路上电时，即使第二MOSFET为SOA较弱的MOSFET，也不会导致第二MOSFET被烧坏。在热插拔电路上电完成后，第一 MOSFET完全打开(完全导通)，该第一 MOSFET对应的VDS电压将不大于预设电压(如0.7伏)，因此三极管被关闭。当三极管被关闭时，则第二 MOSFET的G级被第二电阻拉高，第二 MOSFET处于导通状态，第二 MOSFET开始工作。
[0045]在图4所示的热插拔电路的基础上，该热插拔电路还可以包括电容，如图5所示的热插拔电路的结构图。其中，该电容的一端连接第二MOSFET的D级，该电容的另一端连接地端，且该电容的大小可以根据实际经验选择。
[0046]如图5所示，在热插拔电路上电时，由于第二MOSFET不工作，因此，对电容的充电电流全部由第一MOSFET提供，即通过第一MOSFET来给后级供电。在热插拔电路上电完成后，由于第二 MOSFET工作，且第二 MOSFET的导通电阻远小于第一 MOSFET的导通电阻，因此，对电容的充电电流同时由第一 MOSFET和第二 MOSFET提供，且第二 MOSFET提供的充电电流远大于第一MOSFET提供的充电电流，即在正常工作时，主要由第二MOSFET对电容提供充电电流，即主要由第二 MOSFET来给后级供电。
[0047]在图5所示的热插拔电路的基础上，该热插拔电路还可以包括热插拔控制器，如图6所示的热插拔电路的结构图。其中，该热插拔控制器可以连接第一MOSFET的G级，且该热插拔控制器可以根据实际需要进行选择，如选择MAX5900热插拔控制器。为了实现安全的热插拔，通常使用带交错引脚的连接器来保证地与电源的建立先于其它连接，为了能够容易的从带电背板上安全的移除和插入单板，每个热插拔电路都带有热插拔控制器，在工作状态下，该热插拔控制器还可以提供持续的短路保护和过流保护。
[0048]本实用新型实施例中，电路的输入端的输入电压可以为-48伏。选取48伏的原因是:48伏电源通常可以由电池组提供，电源及信号能够被传输至较远距离，且不会遭受很大损失。另外，由于电平不够高，因此不会产生严重的电气冲击危险。采用负电压的原因是:当网络设备不可避免的暴露在潮湿环境时，在正极端接地的情况下，从阳极到阴极的金属离子迀移的腐蚀性较弱。
[0049]基于上述技术方案，本实用新型实施例中，可以在热插拔电路中使用SOA较弱的第二MOSFET，并使用保护器件对第二 MOSFET进行保护，从而将SOA能力较弱且导通电阻很低的第二MOSFET应用到热插拔电路中，解决大功率单板通流能力的瓶颈，减小单板功耗，降低成本和空间。
[0050]以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种热插拔电路，其特征在于，所述热插拔电路包括:第一MOSFET、第二MOSFET和保护器件;其中，所述第一 MOSFET的S级连接电路的输入端，所述第一 MOSFET的D级连接电路的输出端;所述第二 MOSFET的S级连接电路的输入端，所述第二 MOSFET的D级连接电路的输出端;所述保护器件的第一端连接所述第一 MOSFET的D级，所述保护器件的第二端连接所述第二 MOSFET的G级，所述保护器件的第三端连接所述第二 MOSFET的S级； 当所述保护器件被打开时，所述第二 MOSFET处于截止状态； 当所述保护器件被关闭时，所述第二 MOSFET处于导通状态； 其中，所述第一MOSFET的SOA大于所述第二MOSFET的SOA ； 所述第一 MOSFET的导通电阻大于所述第二 MOSFET的导通电阻。2.根据权利要求1所述的热插拔电路，其特征在于， 所述保护器件具体包括:三极管;所述第一端为所述三极管的B级，所述第二端为所述三极管的C级，所述第三端为所述三极管的E级。3.根据权利要求1所述的热插拔电路，其特征在于，所述保护器件具体包括:第三MOSFET;所述第一端为所述第三MOSFET的G级，所述第二端为所述第三MOSFET的D级，所述第三端为所述第三MOSFET的S级。4.根据权利要求1-3任一项所述的热插拔电路，其特征在于，在所述第一MOSFET对应的VDS电压大于预设电压时，所述保护器件被打开;在所述第一MOSFET对应的VDS电压不大于预设电压时，所述保护器件被关闭。5.根据权利要求4所述的热插拔电路，其特征在于，在所述热插拔电路上电，且所述第一MOSFET未完全打开时，则所述第一 MOSFET对应的VDS电压大于预设电压;在所述热插拔电路上电完成，且所述第一 MOSFET完全打开时，则所述第一 MOSFET对应的VDS电压不大于预设电压。6.根据权利要求1-3任一项所述的热插拔电路，其特征在于，所述热插拔电路还包括热插拔控制器，所述热插拔控制器连接第一 MOSFET的G级。7.根据权利要求1-3任一项所述的热插拔电路，其特征在于，所述热插拔电路还包括第一电阻和第二电阻;所述第一电阻的一端连接第二MOSFET的S级，所述第一电阻的另一端连接所述第二MOSFET的G级;所述第二电阻的一端连接第二MOSFET的G级，所述第二电阻的另一端连接地端。8.根据权利要求1-3任一项所述的热插拔电路，其特征在于， 所述热插拔电路还包括:电容，所述电容的一端连接所述第二MOSFET的D级，所述电容的另一端连接地端。9.根据权利要求1-3任一项所述的热插拔电路，其特征在于， 所述热插拔电路应用在网络设备的热插拔单板上。
【文档编号】G06F13/40GK205563548SQ201620240412
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】邱卫强, 杨震宇, 吴亮
【申请人】杭州华三通信技术有限公司