本實用新型涉及一種熱插拔電源保護電路，尤其涉及一種插件式監(jiān)護儀的熱插拔電源保護電路。

背景技術：

在插件式監(jiān)護儀中，為了方便用戶在使用時，可以靈活的選配參數(shù)測量模塊，會將監(jiān)護儀與所配選的插件式參數(shù)測量模塊分開，該插件式參數(shù)測量模塊簡稱為插件模塊或插件參數(shù)模塊，在實際使用時，監(jiān)護儀通過位于監(jiān)護儀自身的插件模塊插槽或者外接的輔助插件箱為插件模塊進行供電。

現(xiàn)有的插件式監(jiān)護儀的供電方案中，在插件式監(jiān)護儀中分為監(jiān)護儀主機與插件式參數(shù)測量模塊部分，這里的主機特指在監(jiān)護儀的系統(tǒng)中除開插件模塊以外的部分，所述插件模塊包含外接的輔助插件箱；插件模塊與監(jiān)護儀主機通過插件模塊插槽進行供電，在插件模塊插槽中，插件模塊與監(jiān)護儀主機的連接信號包含電源供電以及插件模塊在位檢測信號，其中插件模塊在位檢測信號用于監(jiān)護儀主機中的MCU識別當前槽位是否有接入插件模塊。

在監(jiān)護儀主機中有一個電源變換電路，該電路產(chǎn)生一個總線電壓VBUS，VBUS電壓主要用于監(jiān)護儀主機內(nèi)部電路供電，同時VBUS電壓通過一定的開關控制電路控制后，輸出VBUS_EXT電壓，該電壓主要用于監(jiān)護儀主機外接的插件模塊使用，在監(jiān)護儀中，這里的開關控制電路多為MOS管及其控制電路組成。

在電源變換電路中有一定的限流保護措施，當后級輸出的電流過大時，經(jīng)過限流檢測，電源變換電路會關閉后級VBUS的輸出，以保護后級電路，在一般的監(jiān)護儀系統(tǒng)設計中，該電源保護往往是鎖死型保護，即當出現(xiàn)過流情況時，電源會一直斷開輸出，直到拔出電源線，排除過流故障后，重新開啟監(jiān)護儀。

在目前的插件式監(jiān)護儀的使用中，會經(jīng)常出現(xiàn)對插件模塊進行熱插拔的操作，如圖1所示，在插件模塊插槽中，為了保證插件模塊的供電正常，往往會在插件模塊中，有一些輸入電容，由電容本身的特性可以知道，流過電容回路的電流與電容兩端的電壓變化量成正比，與變化時間長短成反比，電容兩端的電壓在短時間變化時會有很大的電流流過電容回路，這種情況會大量出現(xiàn)在對插件模塊進行熱插拔的時候，這就對VBUS_EXT前面的電路產(chǎn)生很大風險，這些風險包括以下兩個方面。

第一方面、熱插拔插件模塊時，出現(xiàn)過流情況時，如還未達到電源變換電路鎖死的門限值時，前級的電源變換電路會因后級有瞬間的大電流負載，而導致輸出電壓VBUS跌落或突然下降，這里電壓跌落的程度與沖擊電流大小成正比關系，沖擊電流越大，電壓跌落越大，因VBUS電壓會給監(jiān)護儀主機其余電路部分供電，當熱插拔時，VBUS出現(xiàn)較大程度電壓跌落時，會引起其他電路工作異常；與此同時，因為電源變換電路的輸出負載較多，其限流值也一般會大于VBUS_EXT的控制MOS的額定電流值，當出現(xiàn)多次熱插拔插件模塊時，由于多次插拔會造成MOS管發(fā)熱量累積，達到一定程度后會導致VBUS_EXT的控制端MOS管燒毀，使其短路。

第二方面、熱插拔插件模塊時，出現(xiàn)過流情況，且過流值達到電源變換電路鎖死的門限值，這時電源變換電路會進入鎖死狀態(tài)，斷開VBUS的輸出，進而導致監(jiān)護儀的主機部分斷電進入關機狀態(tài)。同時，當出現(xiàn)熱插拔插件模塊過流值達到前級電源變換電路的鎖死門限值時，流過VBUS_EXT的控制MOS管的電流值也會較大程度地大于其額定工作電流值，從而直接導致VBUS_EXT的控制端MOS管燒毀，使其短路。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題是需要提供一種能夠防止電源端在熱插拔插件模塊時有較大程度的電壓跌落情況，同時防止監(jiān)護儀的電源變換電路出現(xiàn)鎖死情況的插件式監(jiān)護儀的熱插拔電源保護電路。

對此，本實用新型提供一種熱插拔電源保護電路，包括：電源變換模塊、開關模塊、插件模塊插槽以及限流電阻，所述開關模塊與所述電源變換模塊的輸出端相連接，所述開關模塊通過所述限流電阻連接至所述插件模塊插槽，所述插件模塊插槽與外接設備的插件模塊相連接。

更進一步地，還包括電壓測量電路和用于根據(jù)電壓測量結果控制所述開關模塊的保護鎖死電路，所述電壓測量電路并聯(lián)連接在所述限流電阻的兩端，所述保護鎖死電路與所述電壓測量電路相連接。

更進一步地，還包括電壓比較電路，所述電壓測量電路通過電壓比較電路連接至所述保護鎖死電路。

更進一步地，還包括開關控制電路，所述保護鎖死電路通過開關控制電路連接至所述開關模塊。

更進一步地，還包括預設電壓模塊，所述預設電壓模塊與所述電壓比較電路相連接；或，所述預設電壓模塊內(nèi)置于所述電壓比較電路中。

更進一步地，還包括MCU，所述MCU與所述保護鎖死電路相連接。

更進一步地，還包括在位檢測電路，所述在位檢測電路連接至所述MCU。

更進一步地，所述在位檢測電路與所述插件模塊插槽的接觸觸點相連接。

更進一步地，所述開關模塊包括MOS管，所述限流電阻為NTC電阻。

本實用新型還提供一種插件式監(jiān)護儀，包括了如上所述的熱插拔電源保護電路，所述熱插拔電源保護電路的插件模塊插槽與所述插件式監(jiān)護儀的插件模塊相連接。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果在于：將限流電阻接于開關模塊的VBUS_EXT電壓控制MOS管之后，再通過電壓測量電路和電壓比較電路后輸出過流觸發(fā)信號，在該過流觸發(fā)信號作用于保護鎖死電路后，對開關模塊的VBUS_EXT的MOS管進行控制，當熱插拔插件模塊出現(xiàn)過流情況時，對VBUS_EXT電源進行鎖死保護，以防止VBUS_EXT電源前級的電源VBUS在熱插拔插件模塊時有較大程度的電壓跌落情況，同時防止插件式監(jiān)護儀的電源變換電路出現(xiàn)鎖死的情況，不再需要用戶拔出電源線后重新開機就能夠正常使用監(jiān)護儀。

在本實用新型中，限流電阻優(yōu)選采用具有一定負熱效應的NTC電阻，該NTC電阻的溫度越高其電阻值越小，使用NTC電阻時，可有效完成熱插拔插件模塊時對回路電流的限制，以防止VBUS電壓有較大程度的電壓跌落情況，同時滿足正常工作時，限流電阻兩端的電壓差較小，而不影響后級的插件模塊正常供電。

在本實用新型中，還包含MCU和用于產(chǎn)生鎖死清除脈沖信號的保護鎖死電路，該鎖死清除脈沖信號可在VBUS_EXT電源被鎖死保護后，用于清除鎖死保護電路的狀態(tài)，以保證在沒有拔出電源線而重新開機情況下，可以允許用戶正常使用監(jiān)護儀以及插件模塊。

附圖說明

圖1是本實用新型一種實施例的電路模塊示意圖；

圖2是本實用新型另一種實施例的電路模塊示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型的較優(yōu)的實施例作進一步的詳細說明。

實施例1：

如圖1所示，本實施例提供一種熱插拔電源保護電路，包括：電源變換模塊1、開關模塊2、插件模塊插槽3以及限流電阻4，所述開關模塊2與所述電源變換模塊1的輸出端相連接，所述開關模塊2通過所述限流電阻4連接至所述插件模塊插槽3，所述插件模塊插槽3與外接設備的插件模塊5相連接。所述外接設備可以優(yōu)選為插件式監(jiān)護儀。

本實施例中，所述開關模塊2采用MOS管；所述限流電阻4為NTC電阻；上述限流電阻4采用具有一定負熱效應的NTC電阻，所述NTC電阻的溫度越高其電阻值越小，所述NTC電阻接至插件式監(jiān)護儀主機的VBUS_EXT電源輸出控制處，以實現(xiàn)在進行熱插拔時對沖擊電流的限制，其具體工作原理為：接入NTC電阻后，在熱插拔所述插件模塊5時，插件模塊5輸入電容兩端的電壓將變?yōu)橛蒒TC電阻與輸入電容對VBUS_EXT的分壓，該分壓的壓值將小于原來的VBUS_EXT，減小了插件模塊5輸入電容的電壓變化量，進而減小了電容回路的電流，由于NTC電阻本身的負熱效應，當正常接入插件模塊5后，因為NTC電阻會流過一定的電流，其溫度會升高，進而NTC電阻阻值會下降，NTC兩端的壓降會非常小，供給后級的插件模塊5的電壓將接近于VBUS_EXT電壓，進而能夠保證插件模塊5的正常工作。

實施例2：

如圖2所示，在實施例1的基礎上，本實施例還包括電壓測量電路6、電壓比較電路7、開關控制電路8和保護鎖死電路9，所述電壓測量電路6并聯(lián)連接在所述限流電阻4的兩端，用于對限流電阻4兩端的電壓進行采樣；所述電壓測量電路6通過電壓比較電路7連接至所述保護鎖死電路9，所述保護鎖死電路9通過所述開關控制電路8連接至所述開關模塊2。所述保護鎖死電路9用于根據(jù)電壓測量結果控制所述開關模塊2，比如，所述保護鎖死電路9用于根據(jù)限流電阻4兩端電壓值與預設電壓值的比較結果進而控制開關模塊2，當所述限流電阻4兩端的電壓大于預設電壓值時，開關控制電路8關閉開關模塊2，使后級電路斷開，從而達到過流保護的作用。

圖2所示電路中，電壓測量電路6用于采集限流電阻4兩端的電壓，該電壓反映了限流電阻4所流過的電流，因該電流為VBUS_EXT后級電路電流，也即為VBUS_EXT的控制開關模塊2中MOS管流過的電流。電壓比較電路7的輸入為電壓測量電路6采集后的電壓和一個預設電壓值，這里的預設電壓值由電阻正常工作時的電阻值和負載電流決定。所述保護鎖死電路9的輸入為電壓比較電路7的輸出，用于 根據(jù)電阻兩端的電壓與預設電壓值的比較結果發(fā)送保護鎖死信號到開關控制電路8，即當所述限流電阻4兩端的電壓大于預設電壓值時，開關控制電路8關閉開關模塊2，使后級電路斷開，從而達到過流保護的作用。

具體為：當對插件模塊5進行熱插拔時，當插拔瞬間出現(xiàn)過大的沖擊電流時，流過電阻的電流增加，經(jīng)過電壓測量電路6后得到的電壓與預設電壓進行比較，因采樣后的電壓大于預設電壓，電壓比較電路7將輸出過流觸發(fā)信號，該過流觸發(fā)信號接到保護鎖死電路9，經(jīng)過保護鎖死電路9后輸出VBUS_EXT電源的開關模塊2的MOS管控制信號，關斷開關模塊2的MOS管，切斷VBUS_EXT電源，進而保護VBUS_EXT前級電路，使開關模塊2的MOS管在剛出現(xiàn)過流情況時即斷開VBUS_EXT的輸出，而防止開關模塊2的MOS管前級電壓VBUS的電壓有較大程度的跌落。

此外，因保護鎖死電路9會保持輸出關斷MOS的信號，所以當MOS管關斷后，即便流過NTC電阻兩端電流為零，經(jīng)過電壓采樣后與預設電壓比較時，未產(chǎn)生過流觸發(fā)信號時，保護鎖死電路9仍會輸出保護鎖死信號，使開關模塊2的MOS管一直處于關斷的狀態(tài)，若沒有了保護鎖死電路9，開關控制電路8會因為沒有觸發(fā)過流信號，進而開關模塊2的MOS管關斷后會重新開啟，避免出現(xiàn)反復開關MOS管的情況。這也避免了如果插拔的插件模塊5本身有電路故障造成過流時，在接入有故障的插件模塊5后，因反復開關MOS管時，多次造成MOS管過流情況，而引起MOS管燒毀的弊端。

更進一步地，本實施例還包括預設電壓模塊11，所述預設電壓模塊11與所述電壓比較電路7相連接；或，所述預設電壓模塊11內(nèi)置于所述電壓比較電路7中。

為保證出現(xiàn)監(jiān)護儀在正常工作時，NTC電阻的電阻阻值下降的情況下，熱插拔插件模塊5出現(xiàn)過流情況時，保護鎖死電路9仍可實現(xiàn)保護功能，本實施例對于電壓比較電路7所預設的電壓值需考慮NTC電阻在整機正常工作時電阻的減小量，具體為，通過預設電壓模塊11設置一個合適的預設電壓，比如：測量NTC電阻最大溫度工作時兩端的電壓，除以當時的電流，得到的NTC電阻的最小值，然后再乘以一個自定義電流值來得到來預設電壓，自定義電流值須大于正常工作時的電流同時小于MOS管的額定電流。值得一提的是，如果不考慮這個因素，將出現(xiàn)在監(jiān)護儀正常工作環(huán)境下，熱插拔時，VBUS_EXT控制MOS管出現(xiàn)過流情況，因NTC電阻減小而致電壓比較電路7不會輸出過流觸發(fā)信號而對保護鎖死電路9進行鎖死的情況。

更進一步地，如圖2所示，本實施例還包括MCU和在位檢測電路，所述MCU與 所述保護鎖死電路9相連接；所述在位檢測電路通過MCU連接至所述保護鎖死電路9，所述在位檢測電路與所述插件模塊插槽3的接觸觸點10相連接。

圖2所示電路中，還包括在位檢測電路，將插件模塊5接入插件模塊插槽3時，除了插件模塊插槽3會對插件模塊5供電外，插件模塊5上也有一個接觸觸點10用于插件模塊5的在位檢測，該觸點接到MCU的檢測端口，當有插件模塊5接入時，接觸事件會被MCU檢測到，在目前的插件式監(jiān)護儀中，該接觸觸點10檢測一般僅用于插件模塊5的在位檢測，與現(xiàn)有技術不同的是，在本實施例中，也將接觸事件作為保護鎖死電路9的鎖死清除信號，當MCU檢測到插件模塊5在位時，輸出用于實現(xiàn)保護的鎖死清除脈沖信號，以清除保護鎖死電路9的鎖死狀態(tài)，以保證VBUS_EXT的MOS開關電路正常工作，做到當出現(xiàn)電路鎖死時，不用操作人員的干預電路自動恢復到正常狀態(tài)，這里輸出的鎖死清除脈沖信號的脈沖寬度由MCU根據(jù)實際電路設計時的MOS管開通時間而定。

該鎖死清除脈沖信號由監(jiān)護儀本機中的MCU發(fā)出，為一個脈沖信號，用于實現(xiàn)清楚鎖死和保護，該脈沖信號的電平時間由VBUS_EXT的控制MOS管的開通時間決定。這里需注意，在本實施例中所限定的鎖死清除脈沖信號由MCU發(fā)出，這個發(fā)出鎖死清除脈沖信號的MCU不限于是否與插件模塊5相連接的在位檢測電路的MCU為同一個MCU，只要最后保護鎖死電路9的輸出接到VBUS_EXT的控制OS的控制電路輸入處，用于實現(xiàn)對MOS管的控制即可。

本實施例的電路工作流程如下：當無接入插件模塊5時，插件式監(jiān)護儀上電后，外部無插件模塊5，VBUS_EXT的控制MOS管無電流，因此保護鎖死電路9不會被觸發(fā)，VBUS_EXT的控制MOS管被開啟，當熱插拔時，發(fā)生過流情況，保護鎖死電路9被觸發(fā)，輸出保護鎖死信號，該保護鎖死信號作用于開關模塊2的MOS管，關斷MOS管，斷開VBUS_EXT的輸出，隨著MOS管的關斷，流過NTC電阻的電流下降，電壓比較電路7不會輸出過流觸發(fā)信號，但保護鎖死電路9仍處于鎖死狀態(tài)，繼續(xù)關斷MOS管。此時，如果插件模塊5繼續(xù)在插件模塊插槽3中，則不會再有VBUS_EXT電源輸出，保護了MOS管。當拔出插件模塊5后，再次插入模塊時，MCU會檢測到插件模塊5在位狀態(tài)，進而輸出鎖死清除脈沖信號，清除保護鎖死電路9的鎖死保護狀態(tài)，保護鎖死電路9的輸出控制VBUS_EXT控制MOS管導通，為插件模塊5供電。因為MCU輸出的僅為一個脈沖信號，到這個脈沖信號的高電平過后，保護鎖死電路9的輸 出再次由電壓比較電路7的輸出進行控制。

這里需要注意的是，在第一次插拔出現(xiàn)過流情況后，再次插拔時，如果插件模塊5本身出現(xiàn)短路故障，則再次插拔時，MCU檢測到在位信號后，輸出用于實現(xiàn)保護的鎖死清除脈沖信號，MOS管重新開啟，輸出VBUS_EXT電壓，這時由于插件模塊5本身存在短路故障，NTC電阻兩端電壓增大，仍會出現(xiàn)保護鎖死情況，即會出現(xiàn)斷開VBUS_EXT的情況，此時也可通過幾次的插拔后，通過監(jiān)護儀發(fā)現(xiàn)插件模塊5未工作的狀態(tài)能夠識別出插件模塊5故障。如果是正常的插拔模塊進行再次插拔時，由于在前次的插拔中插件模塊5的電容已經(jīng)被充電，其電容的電壓變化量減小，進而流過電容回路的沖擊電流會減小，將不會出現(xiàn)過流情況，這里因操作者不同，可能在第一次插拔過流之后，第二次插拔的間隔時間太長，而導致電容放電后，再次插拔時電容電壓變化量變大，而再次出現(xiàn)過流情況，但如果是插件模塊5本身無故障，僅需多插拔幾次，即可正常工作。

需要注意的是，在插件式監(jiān)護儀設計時，如果對于VBUS_EXT控制MOS管的額定電流遠大于VBUS_EXT負載電流的應用場合，如只需要熱插拔插件模塊5時，僅對VBUS_EXT控制MOS進行限流，防止VBUS有較大程度電壓跌落，而不需要做斷開VBUS_EXT的動作，也可只在VBUS_EXT的控制MOS管串聯(lián)一個NTC電阻即可，如實施例1所示，即省略電壓測量電路6、電壓比較電路7、保護鎖死電路9以及MCU輸出的鎖死清除脈沖信號部分。

本實施例將限流電阻4接于開關模塊2的VBUS_EXT電壓控制MOS管之后，再通過電壓測量電路6和電壓比較電路7后輸出過流觸發(fā)信號，在該過流觸發(fā)信號作用于保護鎖死電路9后，對開關模塊2的VBUS_EXT的MOS管進行控制，當熱插拔插件模塊5出現(xiàn)過流情況時，對VBUS_EXT電源進行鎖死保護，以防止VBUS_EXT電源前級的電源VBUS在熱插拔插件模塊5時有較大程度的電壓跌落情況，同時防止插件式監(jiān)護儀的電源變換電路出現(xiàn)鎖死的情況，不再需要用戶拔出電源線后重新開機就能夠正常使用監(jiān)護儀。

在本實施例中，限流電阻4優(yōu)選采用具有一定負熱效應的NTC電阻，該NTC電阻的溫度越高其電阻值越小，使用NTC電阻時，可有效完成熱插拔插件模塊5時對回路電流的限制，以防止VBUS電壓有較大程度的電壓跌落情況，同時滿足正常工作時，限流電阻4兩端的電壓差較小，而不影響后級的插件模塊5正常供電。

在本實施例中，還包含MCU和用于產(chǎn)生鎖死清除脈沖信號的保護鎖死電路9，該鎖死清除脈沖信號可在VBUS_EXT電源被鎖死保護后，用于清除鎖死保護電路的狀態(tài)，以保證在沒有拔出電源線而重新開機情況下，可以允許用戶正常使用監(jiān)護儀以及插件模塊5。

實施例3：

本例還提供一種插件式監(jiān)護儀，包括了如實施例1或實施例2所述的熱插拔電源保護電路，所述熱插拔電源保護電路的插件模塊插槽3與所述插件式監(jiān)護儀的插件模塊5相連接。

以上所述之具體實施方式為本實用新型的較佳實施方式，并非以此限定本實用新型的具體實施范圍，本實用新型的范圍包括并不限于本具體實施方式，凡依照本實用新型之形狀、結構所作的等效變化均在本實用新型的保護范圍內(nèi)。