一种热插拔电源保护电路及其插件式监护仪的制作方法

本实用新型涉及一种热插拔电源保护电路，尤其涉及一种插件式监护仪的热插拔电源保护电路。

背景技术：

在插件式监护仪中，为了方便用户在使用时，可以灵活的选配参数测量模块，会将监护仪与所配选的插件式参数测量模块分开，该插件式参数测量模块简称为插件模块或插件参数模块，在实际使用时，监护仪通过位于监护仪自身的插件模块插槽或者外接的辅助插件箱为插件模块进行供电。

现有的插件式监护仪的供电方案中，在插件式监护仪中分为监护仪主机与插件式参数测量模块部分，这里的主机特指在监护仪的系统中除开插件模块以外的部分，所述插件模块包含外接的辅助插件箱；插件模块与监护仪主机通过插件模块插槽进行供电，在插件模块插槽中，插件模块与监护仪主机的连接信号包含电源供电以及插件模块在位检测信号，其中插件模块在位检测信号用于监护仪主机中的MCU识别当前槽位是否有接入插件模块。

在监护仪主机中有一个电源变换电路，该电路产生一个总线电压VBUS，VBUS电压主要用于监护仪主机内部电路供电，同时VBUS电压通过一定的开关控制电路控制后，输出VBUS_EXT电压，该电压主要用于监护仪主机外接的插件模块使用，在监护仪中，这里的开关控制电路多为MOS管及其控制电路组成。

在电源变换电路中有一定的限流保护措施，当后级输出的电流过大时，经过限流检测，电源变换电路会关闭后级VBUS的输出，以保护后级电路，在一般的监护仪系统设计中，该电源保护往往是锁死型保护，即当出现过流情况时，电源会一直断开输出，直到拔出电源线，排除过流故障后，重新开启监护仪。

在目前的插件式监护仪的使用中，会经常出现对插件模块进行热插拔的操作，如图1所示，在插件模块插槽中，为了保证插件模块的供电正常，往往会在插件模块中，有一些输入电容，由电容本身的特性可以知道，流过电容回路的电流与电容两端的电压变化量成正比，与变化时间长短成反比，电容两端的电压在短时间变化时会有很大的电流流过电容回路，这种情况会大量出现在对插件模块进行热插拔的时候，这就对VBUS_EXT前面的电路产生很大风险，这些风险包括以下两个方面。

第一方面、热插拔插件模块时，出现过流情况时，如还未达到电源变换电路锁死的门限值时，前级的电源变换电路会因后级有瞬间的大电流负载，而导致输出电压VBUS跌落或突然下降，这里电压跌落的程度与冲击电流大小成正比关系，冲击电流越大，电压跌落越大，因VBUS电压会给监护仪主机其余电路部分供电，当热插拔时，VBUS出现较大程度电压跌落时，会引起其他电路工作异常；与此同时，因为电源变换电路的输出负载较多，其限流值也一般会大于VBUS_EXT的控制MOS的额定电流值，当出现多次热插拔插件模块时，由于多次插拔会造成MOS管发热量累积，达到一定程度后会导致VBUS_EXT的控制端MOS管烧毁，使其短路。

第二方面、热插拔插件模块时，出现过流情况，且过流值达到电源变换电路锁死的门限值，这时电源变换电路会进入锁死状态，断开VBUS的输出，进而导致监护仪的主机部分断电进入关机状态。同时，当出现热插拔插件模块过流值达到前级电源变换电路的锁死门限值时，流过VBUS_EXT的控制MOS管的电流值也会较大程度地大于其额定工作电流值，从而直接导致VBUS_EXT的控制端MOS管烧毁，使其短路。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种能够防止电源端在热插拔插件模块时有较大程度的电压跌落情况，同时防止监护仪的电源变换电路出现锁死情况的插件式监护仪的热插拔电源保护电路。

对此，本实用新型提供一种热插拔电源保护电路，包括：电源变换模块、开关模块、插件模块插槽以及限流电阻，所述开关模块与所述电源变换模块的输出端相连接，所述开关模块通过所述限流电阻连接至所述插件模块插槽，所述插件模块插槽与外接设备的插件模块相连接。

更进一步地，还包括电压测量电路和用于根据电压测量结果控制所述开关模块的保护锁死电路，所述电压测量电路并联连接在所述限流电阻的两端，所述保护锁死电路与所述电压测量电路相连接。

更进一步地，还包括电压比较电路，所述电压测量电路通过电压比较电路连接至所述保护锁死电路。

更进一步地，还包括开关控制电路，所述保护锁死电路通过开关控制电路连接至所述开关模块。

更进一步地，还包括预设电压模块，所述预设电压模块与所述电压比较电路相连接；或，所述预设电压模块内置于所述电压比较电路中。

更进一步地，还包括MCU，所述MCU与所述保护锁死电路相连接。

更进一步地，还包括在位检测电路，所述在位检测电路连接至所述MCU。

更进一步地，所述在位检测电路与所述插件模块插槽的接触触点相连接。

更进一步地，所述开关模块包括MOS管，所述限流电阻为NTC电阻。

本实用新型还提供一种插件式监护仪，包括了如上所述的热插拔电源保护电路，所述热插拔电源保护电路的插件模块插槽与所述插件式监护仪的插件模块相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：将限流电阻接于开关模块的VBUS_EXT电压控制MOS管之后，再通过电压测量电路和电压比较电路后输出过流触发信号，在该过流触发信号作用于保护锁死电路后，对开关模块的VBUS_EXT的MOS管进行控制，当热插拔插件模块出现过流情况时，对VBUS_EXT电源进行锁死保护，以防止VBUS_EXT电源前级的电源VBUS在热插拔插件模块时有较大程度的电压跌落情况，同时防止插件式监护仪的电源变换电路出现锁死的情况，不再需要用户拔出电源线后重新开机就能够正常使用监护仪。

在本实用新型中，限流电阻优选采用具有一定负热效应的NTC电阻，该NTC电阻的温度越高其电阻值越小，使用NTC电阻时，可有效完成热插拔插件模块时对回路电流的限制，以防止VBUS电压有较大程度的电压跌落情况，同时满足正常工作时，限流电阻两端的电压差较小，而不影响后级的插件模块正常供电。

在本实用新型中，还包含MCU和用于产生锁死清除脉冲信号的保护锁死电路，该锁死清除脉冲信号可在VBUS_EXT电源被锁死保护后，用于清除锁死保护电路的状态，以保证在没有拔出电源线而重新开机情况下，可以允许用户正常使用监护仪以及插件模块。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的电路模块示意图；

图2是本实用新型另一种实施例的电路模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供一种热插拔电源保护电路，包括：电源变换模块1、开关模块2、插件模块插槽3以及限流电阻4，所述开关模块2与所述电源变换模块1的输出端相连接，所述开关模块2通过所述限流电阻4连接至所述插件模块插槽3，所述插件模块插槽3与外接设备的插件模块5相连接。所述外接设备可以优选为插件式监护仪。

本实施例中，所述开关模块2采用MOS管；所述限流电阻4为NTC电阻；上述限流电阻4采用具有一定负热效应的NTC电阻，所述NTC电阻的温度越高其电阻值越小，所述NTC电阻接至插件式监护仪主机的VBUS_EXT电源输出控制处，以实现在进行热插拔时对冲击电流的限制，其具体工作原理为：接入NTC电阻后，在热插拔所述插件模块5时，插件模块5输入电容两端的电压将变为由NTC电阻与输入电容对VBUS_EXT的分压，该分压的压值将小于原来的VBUS_EXT，减小了插件模块5输入电容的电压变化量，进而减小了电容回路的电流，由于NTC电阻本身的负热效应，当正常接入插件模块5后，因为NTC电阻会流过一定的电流，其温度会升高，进而NTC电阻阻值会下降，NTC两端的压降会非常小，供给后级的插件模块5的电压将接近于VBUS_EXT电压，进而能够保证插件模块5的正常工作。

实施例2：

如图2所示，在实施例1的基础上，本实施例还包括电压测量电路6、电压比较电路7、开关控制电路8和保护锁死电路9，所述电压测量电路6并联连接在所述限流电阻4的两端，用于对限流电阻4两端的电压进行采样；所述电压测量电路6通过电压比较电路7连接至所述保护锁死电路9，所述保护锁死电路9通过所述开关控制电路8连接至所述开关模块2。所述保护锁死电路9用于根据电压测量结果控制所述开关模块2，比如，所述保护锁死电路9用于根据限流电阻4两端电压值与预设电压值的比较结果进而控制开关模块2，当所述限流电阻4两端的电压大于预设电压值时，开关控制电路8关闭开关模块2，使后级电路断开，从而达到过流保护的作用。

图2所示电路中，电压测量电路6用于采集限流电阻4两端的电压，该电压反映了限流电阻4所流过的电流，因该电流为VBUS_EXT后级电路电流，也即为VBUS_EXT的控制开关模块2中MOS管流过的电流。电压比较电路7的输入为电压测量电路6采集后的电压和一个预设电压值，这里的预设电压值由电阻正常工作时的电阻值和负载电流决定。所述保护锁死电路9的输入为电压比较电路7的输出，用于 根据电阻两端的电压与预设电压值的比较结果发送保护锁死信号到开关控制电路8，即当所述限流电阻4两端的电压大于预设电压值时，开关控制电路8关闭开关模块2，使后级电路断开，从而达到过流保护的作用。

具体为：当对插件模块5进行热插拔时，当插拔瞬间出现过大的冲击电流时，流过电阻的电流增加，经过电压测量电路6后得到的电压与预设电压进行比较，因采样后的电压大于预设电压，电压比较电路7将输出过流触发信号，该过流触发信号接到保护锁死电路9，经过保护锁死电路9后输出VBUS_EXT电源的开关模块2的MOS管控制信号，关断开关模块2的MOS管，切断VBUS_EXT电源，进而保护VBUS_EXT前级电路，使开关模块2的MOS管在刚出现过流情况时即断开VBUS_EXT的输出，而防止开关模块2的MOS管前级电压VBUS的电压有较大程度的跌落。

此外，因保护锁死电路9会保持输出关断MOS的信号，所以当MOS管关断后，即便流过NTC电阻两端电流为零，经过电压采样后与预设电压比较时，未产生过流触发信号时，保护锁死电路9仍会输出保护锁死信号，使开关模块2的MOS管一直处于关断的状态，若没有了保护锁死电路9，开关控制电路8会因为没有触发过流信号，进而开关模块2的MOS管关断后会重新开启，避免出现反复开关MOS管的情况。这也避免了如果插拔的插件模块5本身有电路故障造成过流时，在接入有故障的插件模块5后，因反复开关MOS管时，多次造成MOS管过流情况，而引起MOS管烧毁的弊端。

更进一步地，本实施例还包括预设电压模块11，所述预设电压模块11与所述电压比较电路7相连接；或，所述预设电压模块11内置于所述电压比较电路7中。

为保证出现监护仪在正常工作时，NTC电阻的电阻阻值下降的情况下，热插拔插件模块5出现过流情况时，保护锁死电路9仍可实现保护功能，本实施例对于电压比较电路7所预设的电压值需考虑NTC电阻在整机正常工作时电阻的减小量，具体为，通过预设电压模块11设置一个合适的预设电压，比如：测量NTC电阻最大温度工作时两端的电压，除以当时的电流，得到的NTC电阻的最小值，然后再乘以一个自定义电流值来得到来预设电压，自定义电流值须大于正常工作时的电流同时小于MOS管的额定电流。值得一提的是，如果不考虑这个因素，将出现在监护仪正常工作环境下，热插拔时，VBUS_EXT控制MOS管出现过流情况，因NTC电阻减小而致电压比较电路7不会输出过流触发信号而对保护锁死电路9进行锁死的情况。

更进一步地，如图2所示，本实施例还包括MCU和在位检测电路，所述MCU与 所述保护锁死电路9相连接；所述在位检测电路通过MCU连接至所述保护锁死电路9，所述在位检测电路与所述插件模块插槽3的接触触点10相连接。

图2所示电路中，还包括在位检测电路，将插件模块5接入插件模块插槽3时，除了插件模块插槽3会对插件模块5供电外，插件模块5上也有一个接触触点10用于插件模块5的在位检测，该触点接到MCU的检测端口，当有插件模块5接入时，接触事件会被MCU检测到，在目前的插件式监护仪中，该接触触点10检测一般仅用于插件模块5的在位检测，与现有技术不同的是，在本实施例中，也将接触事件作为保护锁死电路9的锁死清除信号，当MCU检测到插件模块5在位时，输出用于实现保护的锁死清除脉冲信号，以清除保护锁死电路9的锁死状态，以保证VBUS_EXT的MOS开关电路正常工作，做到当出现电路锁死时，不用操作人员的干预电路自动恢复到正常状态，这里输出的锁死清除脉冲信号的脉冲宽度由MCU根据实际电路设计时的MOS管开通时间而定。

该锁死清除脉冲信号由监护仪本机中的MCU发出，为一个脉冲信号，用于实现清楚锁死和保护，该脉冲信号的电平时间由VBUS_EXT的控制MOS管的开通时间决定。这里需注意，在本实施例中所限定的锁死清除脉冲信号由MCU发出，这个发出锁死清除脉冲信号的MCU不限于是否与插件模块5相连接的在位检测电路的MCU为同一个MCU，只要最后保护锁死电路9的输出接到VBUS_EXT的控制OS的控制电路输入处，用于实现对MOS管的控制即可。

本实施例的电路工作流程如下：当无接入插件模块5时，插件式监护仪上电后，外部无插件模块5，VBUS_EXT的控制MOS管无电流，因此保护锁死电路9不会被触发，VBUS_EXT的控制MOS管被开启，当热插拔时，发生过流情况，保护锁死电路9被触发，输出保护锁死信号，该保护锁死信号作用于开关模块2的MOS管，关断MOS管，断开VBUS_EXT的输出，随着MOS管的关断，流过NTC电阻的电流下降，电压比较电路7不会输出过流触发信号，但保护锁死电路9仍处于锁死状态，继续关断MOS管。此时，如果插件模块5继续在插件模块插槽3中，则不会再有VBUS_EXT电源输出，保护了MOS管。当拔出插件模块5后，再次插入模块时，MCU会检测到插件模块5在位状态，进而输出锁死清除脉冲信号，清除保护锁死电路9的锁死保护状态，保护锁死电路9的输出控制VBUS_EXT控制MOS管导通，为插件模块5供电。因为MCU输出的仅为一个脉冲信号，到这个脉冲信号的高电平过后，保护锁死电路9的输 出再次由电压比较电路7的输出进行控制。

这里需要注意的是，在第一次插拔出现过流情况后，再次插拔时，如果插件模块5本身出现短路故障，则再次插拔时，MCU检测到在位信号后，输出用于实现保护的锁死清除脉冲信号，MOS管重新开启，输出VBUS_EXT电压，这时由于插件模块5本身存在短路故障，NTC电阻两端电压增大，仍会出现保护锁死情况，即会出现断开VBUS_EXT的情况，此时也可通过几次的插拔后，通过监护仪发现插件模块5未工作的状态能够识别出插件模块5故障。如果是正常的插拔模块进行再次插拔时，由于在前次的插拔中插件模块5的电容已经被充电，其电容的电压变化量减小，进而流过电容回路的冲击电流会减小，将不会出现过流情况，这里因操作者不同，可能在第一次插拔过流之后，第二次插拔的间隔时间太长，而导致电容放电后，再次插拔时电容电压变化量变大，而再次出现过流情况，但如果是插件模块5本身无故障，仅需多插拔几次，即可正常工作。

需要注意的是，在插件式监护仪设计时，如果对于VBUS_EXT控制MOS管的额定电流远大于VBUS_EXT负载电流的应用场合，如只需要热插拔插件模块5时，仅对VBUS_EXT控制MOS进行限流，防止VBUS有较大程度电压跌落，而不需要做断开VBUS_EXT的动作，也可只在VBUS_EXT的控制MOS管串联一个NTC电阻即可，如实施例1所示，即省略电压测量电路6、电压比较电路7、保护锁死电路9以及MCU输出的锁死清除脉冲信号部分。

本实施例将限流电阻4接于开关模块2的VBUS_EXT电压控制MOS管之后，再通过电压测量电路6和电压比较电路7后输出过流触发信号，在该过流触发信号作用于保护锁死电路9后，对开关模块2的VBUS_EXT的MOS管进行控制，当热插拔插件模块5出现过流情况时，对VBUS_EXT电源进行锁死保护，以防止VBUS_EXT电源前级的电源VBUS在热插拔插件模块5时有较大程度的电压跌落情况，同时防止插件式监护仪的电源变换电路出现锁死的情况，不再需要用户拔出电源线后重新开机就能够正常使用监护仪。

在本实施例中，限流电阻4优选采用具有一定负热效应的NTC电阻，该NTC电阻的温度越高其电阻值越小，使用NTC电阻时，可有效完成热插拔插件模块5时对回路电流的限制，以防止VBUS电压有较大程度的电压跌落情况，同时满足正常工作时，限流电阻4两端的电压差较小，而不影响后级的插件模块5正常供电。

在本实施例中，还包含MCU和用于产生锁死清除脉冲信号的保护锁死电路9，该锁死清除脉冲信号可在VBUS_EXT电源被锁死保护后，用于清除锁死保护电路的状态，以保证在没有拔出电源线而重新开机情况下，可以允许用户正常使用监护仪以及插件模块5。

实施例3：

本例还提供一种插件式监护仪，包括了如实施例1或实施例2所述的热插拔电源保护电路，所述热插拔电源保护电路的插件模块插槽3与所述插件式监护仪的插件模块5相连接。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。