ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЙ КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ЗАМЕНЫ Российский патент 2010 года по МПК G05B19/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области схем контроллера для горячей замены, в которых используется внешний токоограничивающий транзистор.

Уровень техники

В области компьютеров и связи достаточно давно используется технология горячей замены электрических компонентов.

Под горячей заменой подразумевается добавление или удаление электрических компонентов в/из существующей компьютерной архитектуры или архитектуры связи без необходимости предварительного отключения питания всей архитектуры.

В области сетевых технологий данная технология предоставляет возможность добавления или удаления сетевых адаптеров в/из системной платы, когда плата по-прежнему подает мощность в другие компоненты в сети. Схожим образом, блоки жестких дисков в избыточной системе резервирования, такой как Избыточный Массив Независимых Дисков (Redundant Array of Independent Disks, сокращенно RAID), могут быть вставлены или удалены в/из серверной машины, когда сервер по-прежнему продолжает работать.

Технология горячей замены используется в компьютерной области, чтобы обеспечить возможность вставлять различные типы адаптеров в материнскую плату компьютера, когда продолжает снабжаться мощностью, или чтобы вставлять внешние устройства в порт Универсальной Последовательной Шины (Universal Serial Bus, сокращенно USB) или порт FireWire компьютера.

Горячая замена в приложениях связи предоставляет возможность, например, вставки или удаления линейных карт в/из системной платы базовой станции, когда упомянутая системная плата по-прежнему подает энергию на другие соединенные с ней линейные карты. Таким образом, системные обновления, обслуживание и ремонт выполняют гораздо быстрее, с минимальными неудобствами для пользователей сети связи.

Одной из общих проблем, возникающих при горячей замене блоков в существующей компьютерной системе или системе связи, является возникновение больших пусковых токов, которые превышают величину рабочего тока источника питания и, таким образом, повреждают либо компьютерную систему/систему связи или сам компонент, либо обе стороны.

Причиной этого является то, что добавляемый в систему компонент часто представляет собой высокую емкостную нагрузку для источника питания системы, а большие конденсаторы требуют длительного времени для зарядки. Тем не менее, в течение внезапного скачка тока, вызываемого включением схемы источника питания, большой конденсатор действует как цепь короткого замыкания, что имеет следствием возникновение большого пускового тока в схеме компонента, который добавляется в компьютерную систему или систему связи.

Схожие явления наблюдаются, когда такие модули удаляются из компьютерной системы или системы связи.

Первым и самым простым путем разрешения проблемы пусковых токов является использование дискретных компонентов в форме термисторов, сопротивление которых зависит от величины тока и увеличивается или уменьшается по мере увеличения тока. Примерами таких компонентов являются оптотранзисторы и компоненты с отрицательным температурным коэффициентом. Так, в течение процедуры включения источника питания термистор разогревается под действием протекающего через него тока и обеспечивает постепенное увеличение тока, когда большая емкостная нагрузка добавляется в схему источника питания. Таким образом, начальное быстрое увеличение тока, возникающее в силу добавления емкостной нагрузки, замедляется.

Недостаток решения с применением термисторов заключается в присущей им низкой чувствительности к переходным токам, что нежелательно в среде, где модули часто вставляются или удаляются в/из, например, системы связи.

Соответственно, в добавление к термисторам, быстрые изменения должны обрабатываться с помощью предохранителей или устройств защиты, которые увеличивают падение напряжения в канале питания, что, как правило, нежелательно для этих приложений. Кроме того, сами термисторы увеличивают падение напряжения в канале питания.

Еще одно решение, в котором также используются дискретные компоненты, состоит в использовании дискретных полевых транзисторов со структурой Металл-Оксид-Полупроводник (МОП-транзисторов), которые обеспечивают низкое сопротивление Rds на связке сток-исток и действуют почти как идеальный переключатель.

Для работы МОП-транзисторов требуются низкие напряжения, и они могут быстро включаться или выключаться, чтобы обеспечить быструю реакцию при изменениях напряжения.

Недостатком дискретных МОП-транзисторов для защиты от пусковых токов является необходимость дополнительных схем в форме резисторов и конденсаторов, требуемых для управления временем нарастания тока и различными неисправными состояниями, такими как сверхток.

Как правило, такие дискретные МОП-транзисторы имеют высокую стоимость и сложны с точки зрения оптимизации под конкретные применения.

Кроме того, дискретные МОП-транзисторы включают в себя паразитный диод, соединенный от стока к истоку, который может вызвать обратное течение тока, когда выходное напряжение на устройстве выше входного напряжения.

Задачей настоящего изобретения является устранение некоторых описанных выше недостатков, связанных с известной технологией.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения решается посредством электрической схемы для горячей замены электронного устройства, которая включает в себя схему, которая предоставляет ток, заряжающий конденсатор на электронном устройстве, схему для управления чередованием тока, который заряжает конденсатор на электронном устройстве, причем упомянутая электрическая схема дополнительно включает в себя схему, которая переключает ток, заряжающий конденсатор, и процессорный блок, который управляет временем переключения тока в электрической схеме.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения схема для управления чередованием тока, который заряжает конденсатор на электронном устройстве, представляет собой схему, приспособленную для освобождения энергии, накопленной в течение переключения вышеупомянутого тока, заряжающего конденсатор, в форме другого тока, дополнительно заряжающего конденсатор. Эта схема может включать в себя, например, индуктивность.

По существу, путем освобождения тока, индуктивность управляет напряжением, заряжающим конденсатор на электронной плате, когда дискретный транзистор переключается из положения "Включено" в положение "Выключено".

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения схема для переключения тока, заряжающего конденсатор на электронной плате, представляет собой дискретный транзистор. Тем не менее, для переключения тока могут использоваться другие компоненты, такие как интегральные схемы.

Кроме того, схема для переключения тока может включать в себя задающую схему для упомянутого дискретного транзистора в форме истока с низким сопротивлением для заряда затвора дискретного транзистора и выпрямляющую схему в форме диодной схемы. Как описано ниже, функцией диодной схемы является обеспечение "свободного хода" или высвобождение тока из энергии, накопленной в индуктивности.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения выпрямительная схема вместо диодной схемы может включать в себя транзисторную схему или какую-либо другую схему, выполняющую эквивалентную функцию.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения схема для управления временем переключения тока, заряжающего конденсатор, может включать в себя микропроцессор, специализированную интегральную схему, программируемую вентильную матрицу или какую-либо другую подходящую схему, которая либо предварительно программируется, либо имеет способность программирования.

С точки зрения масштабируемости и гибкости, для управления временем переключения предпочтительно использование программируемого микропроцессора.

В зависимости от напряжения питания, которое система подает на электронную плату, и ожидаемой емкостной нагрузки электронной платы, простая адаптация используемой в микропроцессоре программы к измененным желаемым уровням сигнала и времени переключения будет достаточной для обеспечения функции горячей замены. Так, по сравнению с существующими системами для горячей замены, электрическую схему согласно настоящему изобретению легко оптимизировать и конфигурировать. Кроме того, поскольку переключением дискретного транзистора управляет микроконтроллер, дискретные транзисторы больше не являются критическими компонентами в системе.

Управляемое переключение дискретного транзистора также обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что, когда транзистор включается, рассеивается меньше мощности, и что рассеивание может быть оптимизировано путем соответствующего программирования последовательности переключения в микроконтроллере. Как следствие, могут использоваться транзисторы с гораздо меньшей областью устойчивой работы, чем используемые ранее. Это подразумевает, что в качестве переключающего транзистора могут использоваться менее дорогостоящие транзисторные компоненты.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения схема для управления временем переключения тока, заряжающего вышеупомянутый конденсатор, может дополнительно включать в себя схему для сравнения сигнала, указывающего напряжение питания вышеупомянутой электрической схемы, с сигналом, указывающим допустимый диапазон напряжения для электрической схемы.

В добавление, электрическая схема для управления временем переключения тока, заряжающего вышеупомянутый конденсатор, может также включать в себя схему для модуляции ширины импульса транзисторной схемы.

В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения может быть добавлена схема для мониторинга тока в вышеупомянутой схеме, чтобы предотвратить появление сверхтока в вышеупомянутой электрической схеме для горячей замены и чтобы доставить сигнал, указывающий уровень тока в электрической схеме для горячей замены, в схему для управления временем переключения тока в электрической схеме для горячей замены.

Если упомянутая схема обнаруживает сверхток, то ток временно может быть отключен электрической схемой для горячей замены, которая получает сигнал, указывающий наличие сверхтока.

Существует множество способов измерения уровня тока в электрической схеме, одним из неограничивающих примеров которых является схема с шунтирующим резистором.

Один из способов доставки наблюдаемого сигнала, указывающего уровень тока в электрической схеме для горячей замены, состоит в его предварительном усилении, последующем сравнении с опорной величиной, указывающей максимально допустимый уровень тока в схеме, в компараторе, и его последующей передаче на один из входов микропроцессорной схемы. Это сравнение может быть выполнено в аналоговой или цифровой области.

Само собой разумеется, что нет необходимости во внешней схеме для мониторинга уровня тока в электрической схеме для горячей замены, поскольку те же функции мониторинга и измерения могут быть встроены в сам микропроцессор. Соответственно, еще одно дополнительное преимущество заключается в экономии пространства на плате для внешней схемы мониторинга тока и, следовательно, в сокращении стоимости производства.

В еще одном аспекте настоящего изобретения задача изобретения решается посредством способа предоставления горячей замены электронных плат в электрической схеме, который содержит этапы, на которых предоставляют ток, заряжающий конденсатор на электронной плате, управляют чередованием тока, заряжающего конденсатор на электронной плате, переключают ток, заряжающий конденсатор, и управляют временем переключения тока в электрической схеме посредством процессорного блока.

Переключение тока, заряжающего конденсатор на электронной плате, может включать в себя включение и выключение дискретного транзистора.

Опционально, этап переключения тока, заряжающего конденсатор на электронной плате, может включать в себя мониторинг увеличения тока в вышеупомянутой электрической схеме.

Сигнал, указывающий увеличение тока, может быть сравнен с сигналом определенного уровня, указывающим максимальный уровень тока в схеме, что, соответственно, предотвращает протекание сверхтока во время процедуры вставки электронной платы.

В еще одном аспекте настоящего изобретения компьютерная программа управляет способом для предоставления горячей замены электронных плат согласно описанному выше способу, причем компьютерная программа содержит наборы инструкций для активации функции мониторинга напряжения питания в микроконтроллере для приема сигнала, указывающего напряжение питания в электрической схеме, и для переключения транзистора в электрической схеме под действием сигнала напряжения.

Опционально, компьютерная программа может включать в себя инструкции для выбора между двумя режимами переключения вышеупомянутого дискретного транзистора: непрерывное переключение, такое как переключение с модуляцией ширины импульса, или просто один цикл переключения.

На дополнительном этапе набор инструкций может быть использован, чтобы выполнить сравнение между измеренным сигналом, указывающим уровень напряжения питания в электрической схеме на электронной плате, и сигналом, указывающим допустимый диапазон напряжения питания в электрической схеме.

В случае, если упомянутый измеренный сигнал выходит из упомянутого допустимого диапазона напряжения, еще один набор инструкций может выполнить операцию сторожевого сброса, чтобы перезапустить электрическую схему на электронной плате.

Как опция компьютерная программа может включать в себя набор инструкций для измерения сигнала, указывающего уровень тока в электрической схеме, и для его сравнения с сигналом, указывающим максимально допустимый уровень тока в схеме. В случае, когда уровень измеренного тока превышает максимальный уровень тока в электрической схеме, другой набор инструкций может выполнить отключение всей электронной платы, то есть отключение электрической схемы от источника питания.

Альтернативно, набор инструкций может выполнить только временное отключение электрической схемы, когда измеренный сигнал, указывающий уровень тока, достигает предопределенной максимальной величины. По истечении определенного периода времени набор инструкций может снова перезапустить электрическую схему и ждать, пока следующий сигнал, указывающий уровень тока, не достигнет максимальной величины, и та же последовательность может быть выполнена снова.

Различные аспекты настоящего изобретения, описанные выше, описаны применительно к случаю, когда электрическая схема для горячей замены включена в состав электронной платы. Тем не менее, та же электронная схема для горячей замены может быть установлена в стойку, используемую в системе связи, где электронные платы вставляются и удаляются в/из стойки.

Однако настоящая электронная схема для горячей замены не ограничена применением в системе связи, и она может использоваться в других областях техники, где применимо предоставляемое настоящим изобретением решение контроллера для горячей замены, который обеспечивает гибкость, низкую стоимость и легкость конфигурирования.

Краткое описание чертежей

Определенный вариант осуществления настоящего изобретения более подробно описан ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - иллюстрация одного варианта осуществления контроллера для горячей замены согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 - иллюстрация функции микроконтроллера в схеме для горячей замены в виде схемы последовательности операций.

Осуществление изобретения

Фиг.1 иллюстрирует один вариант осуществления контроллера для горячей замены согласно настоящему изобретению. В данном примере схема для горячей замены расположена в базовой станции, входящей в сеть мобильной связи. Очевидно, что схема может быть расположена в любом другом месте в сети мобильной связи или сети передачи данных или сервере, где существует необходимость контроллера для горячей замены.

Иллюстративная схема 100 для горячей замены соединена с источником 110 отрицательного питания в 48 В, и она содержит вспомогательный источник 120 питания, микроконтроллер 130, схему 140 для мониторинга тока, блок 150 для переключения тока и блок 160 для управления чередованием тока. В данном варианте осуществления блок 160 выполнен в виде индуктивно-емкостного фильтра.

Целью применения отрицательного напряжения в системных платах систем связи является минимизация коррозии при наличии токов утечки, поскольку отрицательные ионы имеют склонность разрушать металл, и отрицательные ионы отталкиваются отрицательным напряжением питания.

Контроллер 100 для горячей замены содержит вспомогательный источник 120 питания, который преобразует входящее напряжение питания -48 В в более подходящие напряжения для электронных схем, например, +10,5 В и +5 В. Напряжение +10,5 В питает переключающую схему 150, тогда как напряжение +5 В питает микроконтроллер 130, контролирующий процесс переключения тока, и блок 140 восприятия тока, который измеряет ток в схеме 100 для горячей замены.

Преобразователь напряжения, который преобразует входящее напряжение -48 В в напряжение +10,5 В во вспомогательном источнике 120 питания, может представлять собой, например, преобразователь с понижением скачком.

С другой стороны, преобразователь для напряжения +5 В использует мощность от преобразователя напряжения +10,5 В, чтобы обеспечить питание микроконтроллера 130 и схемы 140 для мониторинга тока.

В данном примере преобразователь +5 В является преобразователем с малым падением напряжения.

Величины напряжения в варианте осуществления с Фиг.1 приведены только в практических целях и их не следует интерпретировать как ограничивающие. В других возможных вариантах осуществления настоящего изобретения источник 120 питания может преобразовывать другие напряжения питания в другие вспомогательные напряжения питания по необходимости.

Микроконтроллер 130 в схеме 100 для горячей замены имеет функцию для контроля переключения тока в схеме. Он действует по сигналу от схемы 140 для мониторинга тока и включает или выключает входную мощность в блоке 150 для переключения тока, чтобы ограничить ток, возникающий вследствие вставки в схему большой емкостной нагрузки.

Кроме того, микроконтроллер 130 включает в себя схему для измерения фактического уровня напряжения 110 питания в схеме 100 для горячей замены. Причиной этого является то, что при вставке в стойку электронной платы, содержащей схему 100 для горячей замены, например, напряжение питания может сначала отклоняться от номинальной величины -48 В напряжения питания на величину до +/-15 В, пока он не устанавливается в области номинальной величины -48 В через некоторый период времени.

Микроконтроллер 130 может представлять собой, например, микроконтроллер с сокращенным набором команд или программируемый процессор любого другого типа. Кроме того, микроконтроллер 130 может представлять собой специализированную интегральную схему, программируемую вентильную матрицу или содержать некоторую другую архитектуру, подходящую для приложения горячей замены. Тем не менее, возможность программирования микропроцессора обеспечивает гибкость при выборе подходящего момента переключения для включения и выключения тока в схеме путем простой операции перезаписи и перезагрузки программного кода, хранимого в памяти микропроцессора. Однако следует отметить, что программируемость микроконтроллера не является обязательной, поскольку в равной степени можно использовать микропроцессор с предварительно запрограммированным микрокодом.

Переключающий блок 150 согласно этому примеру осуществления настоящего изобретения содержит задающий каскад, транзисторный каскад и выпрямительный каскад. Задающий каскад представляет собой исток с малым сопротивлением для заряда затвора транзистора в транзисторном каскаде. Транзистор в транзисторном каскаде используется, чтобы переключать входное напряжение на схему 160 для управления чередованием тока (т.е. индуктивно-емкостного фильтра) в зависимости от сигнала из микроконтроллера 130. В варианте осуществления с Фиг.1 транзистор, используемый для переключения входного напряжения на индуктивно-емкостной фильтр, представляет собой дискретный силовой транзистор. В других приложениях, где максимальные токи в схеме для горячей замены существенно ниже, чем в системах связи, могут использоваться интегральные транзисторы.

Выпрямительный каскад в переключающем блоке используется как путь разряда для индуктивности в схеме 160 для управления чередованием тока.

В заключение, индуктивно-емкостная схема содержит схему конденсатора и индуктивности. Конденсатор представляет собой накопитель энергии, который заряжается в течение фазы включения силового транзистора в блоке 150 для переключения тока. Он, по существу, представляет эквивалентную емкость электронной платы. Функция схемы индуктивности заключается в обеспечении свободного хода тока, заряжающего конденсатор.

Схема с Фиг.1 может быть расположена на электронной плате, вставляемой в стойку, помещенную в систему связи, но она в равной степени может быть размещена в стойке для электронных плат.

Следует отметить, что вышеупомянутая схема для горячей замены не ограничена использованием в приложениях связи, и она также может использоваться в любой другой системе, где требуется или желательно наличие контроллера для горячей замены. Так, изобретательская схема для горячей замены может использоваться в тех областях, где часто происходит вставка и удаление модулей или электронных плат в общую системную плату и где отключение питания системной платы, чтобы обеспечить возможность вставки и удаления электронных плат, как правило, нежелательно.

Ниже, со ссылкой на Фиг.1 описан вариант осуществления способа обеспечения горячей замены электронных плат в электрической схеме.

Когда электронная плата, содержащая схему 100 для горячей замены по Фиг.1, вставляется в стойку, на электронную плату подается ток, заряжающий конденсатор электронной платы (эквивалентную емкость индуктивно-емкостной схемы 160 для управления чередованием тока). Поскольку в окружении связи этот заряжающий ток, как правило, быстро возрастает, достигая значений в пределах десятых долей ампера, его быстрое увеличение управляется посредством силового транзистора в схеме 150 для переключения тока, причем силовой транзистор рассеивает в форме теплоты мощность, выделяемую вследствие проходящего через него тока. Тем не менее, чтобы ограничить количество теплоты, рассеиваемой силовым транзистором переключающей схемы, увеличение тока, заряжающего конденсатор на электронной плате, управляется посредством микроконтроллера 130, который переключает силовой транзистор согласно способу, реализованному, например, как программа, которая работает внутри микроконтроллера 130. Путем использования, например, модуляции ширины импульса для переключения силового транзистора в схеме 150 для переключения тока, ток, заряжающий конденсатор на электронной плате, медленно повышается скачками, таким образом, предотвращая возникновение пускового тока, который потенциально может повредить электронную плату или привести к отказу других электронных плат, установленных в стойке систем связи, из-за высокого начального тока, возникающего после вставки электронной платы.

Следует отметить, что уровень тока в схеме может непрерывно наблюдаться путем измерения сигнала, например напряжения, указывающего уровень тока в схеме 100 для горячей замены, и его сравнения с сигналом, указывающим максимально допустимый уровень тока. Эта функция выполняется либо посредством внешней схемы 140 для мониторинга тока (например, схемы восприятия тока), либо в самом микроконтроллере 130. Кроме того, сравнение между измеренным сигналом и сигналом, указывающим максимально допустимый ток в схеме, может быть выполнено в аналоговой области или цифровой области. В аналоговой области сравнение может быть выполнено посредством, например, компаратора, который производит аналоговый выходной сигнал, указывающий разность между двумя сигналами на его двух входах. Тогда этот сигнал разности может быть преобразован в цифровой формат либо на выходе компаратора, либо на входе микроконтроллера 130. В цифровой области сравнение может быть выполнено как логическая операция сравнения, где измеренный сигнал сначала преобразуется в цифровое представление и, далее, логически сравнивается с другим цифровым сигналом, указывающим максимально допустимый ток в электрической схеме для горячей замены. Это может быть выполнено либо посредством внешней схемы, либо внутри микроконтроллера 130.

Кроме того, возрастающий ток, возникающий, когда электронная плата вставляется в стойку системы связи, управляется посредством индуктивности, входящей в состав схемы 160 индуктивно-емкостного фильтра, в течение периода, когда силовой транзистор в схеме 150 для переключения тока находится во включенном состоянии.

Впоследствии, когда посредством микроконтроллера 130 силовой транзистор устанавливается в положение "Выключено" из-за детектирования высокого уровня тока в схеме для горячей замены, индуктивность "разряжает" накопленную энергию, медленно повышая ток и разряжая конденсатор на электронной плате.

Ниже, со ссылкой на Фиг.2 описаны этапы способа, реализованного в микроконтроллере 130 с Фиг.1.

На этапе 200 микроконтроллер включается под действием, например, вставки электронной платы в стойку в системе связи (не показана). В то же время микроконтроллер сбрасывается.

На этапе 210 выполняется инициализация микроконтроллера, так что микроконтроллер начинает работу с корректными исходными величинами на входе.

Этапы 200 и 210, по существу, стандартны в любой процедуре включения и инициализации для микроконтроллера.

Далее, на этапе 220 выполняется включение функции восприятия тока в микроконтроллере, благодаря чему достигается готовность приема сигнала на одном из входов микроконтроллера, причем упомянутый сигнал указывает уровень тока в схеме для горячей замены. Сигналом, указывающим уровень тока, может быть сигнал напряжения, доставляемый схемой 140 для мониторинга тока с Фиг.1.

Опционально, в схеме для горячей замены на этапе 221 может быть выполнена проверка уровня тока посредством измеренного сигнала, указывающего уровень тока, который сравнивается с другим сигналом, указывающим максимально допустимый уровень тока в схеме для горячей замены.

В таком случае на этапе 222 выполняется отключение питания электронной платы. В этом случае электронная плата должна быть повторно вставлена, чтобы перезапустить процесс горячей замены и подать на плату требуемое напряжение.

Сверх того, на этапе 230 сигнал, указывающий сигнал напряжения 115 питания, сравнивается с сигналом, указывающим допустимый диапазон сигнала напряжения питания в схеме для горячей замены.

Целью данной процедуры является то, что напряжение питания, подаваемое на электронную плату непосредственно после вставки платы в стойку, может варьировать в течение определенного периода в области номинальной величины -48 В, подаваемой стойкой. Так, набор инструкций на этапе 230 должен обеспечить возможность небольшой вариации напряжения питания в области номинальной величины, например, на +/-15 В.

Вышеупомянутая операция сравнения может быть выполнена как сравнение в аналоговой или цифровой области, и она может быть выполнена внешней схемой или внутри микроконтроллера 130.

Если сигнал, указывающий сигнал 115 напряжения питания, находится вне допустимого диапазона напряжения, то на этапе 240 выполняется сторожевая функция или функция сброса, чтобы временно выключить силовой транзистор в блоке 150 для переключения тока. Тогда снова выполняются этап 220 инициализации и этап 230 включения функции восприятия тока.

В случае, когда уровень напряжения измеренного сигнала указывает уровень в пределах допустимого диапазона напряжения, на этапе 250 выполняется выбор, чтобы либо включить силовой транзистор в схеме 150 для переключения тока по Фиг.1 в непрерывном режиме, либо выполнить только функцию однократного включения для силового транзистора в переключающей схеме 150.

В примере с Фиг.2 функция непрерывного переключения представляет собой функцию переключения по ширине импульса, но, конечно, она может быть любой другой функцией в зависимости от приложения, максимальных ожидаемых уровней тока в схеме для горячей замены и других факторов.

В заключение, на этапе 260 микроконтроллер выполняет переключение согласно схеме модуляции ширины импульса, управляя силовым транзистором в схеме 150 для переключения тока по Фиг.1. Ширина D импульса и период Т импульса, таким образом, могут быть с легкостью адаптированы. Это является значительным преимуществом по сравнению с существующими решениями, где требуется замена одной части схемы для горячей замены.

Альтернативно, на этапе 260 выполняется операция однократного переключения силового транзистора.

В третьем варианте осуществления (не показан) на этапе 250 выполняется выбор режима для непрерывного переключения силового транзистора, причем уровень тока в схеме для горячей замены измеряется в течение каждого импульса. Это подразумевает, что на практике силовой транзистор включается посредством скачка напряжения, допускается достижение током максимально допустимой величины в схеме для горячей замены, как описано выше, и в момент, когда достигается максимальная величина, силовой транзистор переводится в выключенное положение на определенное время и снова включается, после чего выжидается, пока ток снова не достигнет максимально допустимого уровня, силовой транзистор снова переводится в выключенное положение на определенное время, снова включается и т.д.

Изобретение относится к области схем контроллера для горячей замены, в которых используется внешний токоограничивающий транзистор и описывает электрическую схему (100), способ и компьютерную программу для горячей замены электронной платы в системе связи, причем увеличение тока в электрической схеме управляется посредством микроконтроллера (130), переключающего силовой транзистор в схеме (150) для переключения тока так, чтобы постепенно увеличивать напряжение конденсатора для электронной платы. Уровень тока измеряется либо в самом микроконтроллере (130), либо во внешней схеме (140) для мониторинга тока и сравнивается с максимальным уровнем тока. Техническим результатом от использования изобретения является обеспечение гибкости, низкой стоимости и легкости конфигурирования. 5 н. и 29 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электрическая схема (100) для горячей замены электронной платы, содержащая:
схему (120) для предоставления тока, заряжающего емкостную нагрузку на упомянутой электронной плате,
схему (160) для управления чередованием тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку на упомянутой электронной плате;
схему (150) для переключения тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку; и
процессорный блок (130) для управления временем переключения тока в упомянутой электрической схеме (100),
отличающаяся тем, что
упомянутый процессорный блок (130) приспособлен для непрерывного переключения тока в упомянутой электрической схеме (100);
схема дополнительно включает в себя схему (140) для мониторинга тока в упомянутой схеме (100).

2. Электрическая схема (100) по п.1, в которой упомянутое чередование тока содержит увеличение упомянутого тока, заряжающего емкостную нагрузку.

3. Электрическая схема (100) по п.1, в которой схема для переключения тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку, включает в себя дискретный транзистор.

4. Электрическая схема (100) по п.3, в которой схема для переключения тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку, дополнительно включает в себя задающую схему для упомянутого дискретного транзистора.

5. Электрическая схема (100) по п.4, в которой схема (150) для переключения тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку, дополнительно включает в себя выпрямительную схему для свободного хода тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку.

6. Электрическая схема (100) по п.4, в которой упомянутая задающая схема представляет собой исток с низким сопротивлением для заряда затвора упомянутого дискретного транзистора.

7. Электрическая схема (100) по п.5, в которой упомянутая выпрямительная схема представляет собой диодную схему или транзисторную схему.

8. Электрическая схема (100) по п.1, в которой упомянутый процессорный блок (130) для управления временем переключения тока в упомянутой электрической схеме (100) включает в себя микроконтроллер, специализированную интегральную схему (ASIC) или программируемую вентильную матрицу (FPGA).

9. Электрическая схема (100) по п.1, в которой упомянутый процессорный блок (130) представляет собой программируемый микропроцессор.

10. Электрическая схема (100) по п.1 или 8, в которой упомянутый процессорный блок (130) дополнительно включает в себя схему для мониторинга фактического уровня напряжения (110) питания в электрической схеме (100).

11. Электрическая схема (100) по п.1, в которой упомянутая схема (160) для управления чередованием тока выполнена с возможностью освобождать энергию, накопленную в ней в течение переключения упомянутого тока, заряжающего емкостную нагрузку, в форме другого тока, дополнительно заряжающего емкостную нагрузку.

12. Электрическая схема (100) по п.11, в которой упомянутая схема (160) включает в себя индуктивность.

13. Электрическая схема (100) по п.1, в которой упомянутая схема (140) для мониторинга тока в упомянутой схеме представляет собой схему с шунтирующим резистором, элемент на эффекте Холла или некую другую схему, выполняющую эквивалентную функцию.

14. Электрическая схема (100) по п.13, в которой упомянутая схема (140) для мониторинга тока в упомянутой схеме дополнительно включает в себя операционный усилитель для усиления сигнала, указывающего ток в упомянутой электрической схеме (100), и компаратор для сравнения упомянутого наблюдаемого уровня сигнала с уровнем сигнала, указывающим максимально допустимый уровень тока.

15. Электрическая схема (100) по п.13, в которой схема (140) для мониторинга тока в упомянутой схеме интегрирована в упомянутый процессорный блок (130) для управления временем переключения тока в упомянутой электрической схеме (100).

16. Способ обеспечения горячей замены электронных плат в электрической схеме, содержащий этапы, на которых:
обеспечивают ток, заряжающий емкостную нагрузку на упомянутой электронной плате;
управляют чередованием тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку на упомянутой электронной плате;
выполняют мониторинг уровня тока в упомянутой электрической схеме;
переключают ток, заряжающий упомянутую емкостную нагрузку;
управляют временем переключения тока в упомянутой электрической схеме, используя процессорный блок; и
непрерывно переключают ток в упомянутой электрической схеме.

17. Способ по п.16, в котором упомянутый этап переключения тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку, включает в себя этапы, на которых включают и выключают дискретный транзистор.

18. Способ по п.16, в котором упомянутый этап управления током, заряжающим упомянутую емкостную нагрузку, содержит этап, на котором управляют увеличением упомянутого тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку.

19. Способ по п.16, в котором упомянутый этап мониторинга уровня тока в упомянутой электрической схеме дополнительно включает в себя этап, на котором усиливают сигнал, указывающий наблюдаемый уровень тока, и сравнивают его с сигналом желаемого уровня, указывающим максимально допустимый уровень тока.

20. Способ по п.19, в котором упомянутый этап усиления сигнала, указывающего уровень наблюдаемого тока, и его сравнения с максимально допустимым уровнем тока, дополнительно включает в себя этап, на котором ограничивают максимальный ток, заряжающий упомянутую емкостную нагрузку.

21. Способ по п.19, в котором упомянутый этап сравнения сигнала, указывающего уровень тока, наблюдаемого в электрической схеме, выполняют в аналоговой или цифровой области.

22. Способ по п.20 или 21, в котором упомянутый этап сравнения сигнала, указывающего ток, наблюдаемый в электрической схеме, выполняют в упомянутом процессорном блоке или вне упомянутого процессорного блока.

23. Способ по п.16 или 18, в котором упомянутый этап управления увеличением упомянутого тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку, дополнительно включает в себя этап, на котором управляют увеличением тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку, в течение периода, когда упомянутый дискретный транзистор выключен.

24. Способ по п.18, в котором этап управления временем переключения тока в упомянутой электрической схеме дополнительно включает в себя этап, на котором программируют микроконтроллер, чтобы выполнять упомянутую операцию управления.

25. Способ по п.16, который включает в себя дополнительный этап, на котором измеряют сигнал, указывающий уровень напряжения питания, с сигналом, указывающим допустимый диапазон напряжения питания.

26. Способ по п.16 или 25, дополнительно включающий в себя этап, на котором выполняют сброс электрической схемы (100), когда упомянутый уровень напряжения питания выходит из допустимого диапазона напряжения.

27. Компьютерная программа для управления способом, предоставляющим горячую замену электронных плат по п.16, содержащая наборы инструкций для:
активации функции мониторинга уровня напряжения питания в упомянутом микроконтроллере;
приема сигнала, указывающего текущий уровень напряжения питания в упомянутой электрической схеме;
непрерывного переключения транзистора в электрической схеме под действием упомянутого сигнала.

28. Компьютерная программа по п.27, которая дополнительно включает в себя набор инструкций для осуществления выбора между чередованием циклов включения и выключения упомянутого транзистора или одним циклом переключения упомянутого транзистора.

29. Компьютерная программа по п.28, которая дополнительно включает в себя набор инструкций для осуществления сравнения уровня упомянутого принятого сигнала с желаемым диапазоном сигнала, указывающим желаемый диапазон напряжения питания.

30. Компьютерная программа по п.27 или 29, которая дополнительно включает в себя набор инструкций для выполнения операции сброса упомянутой схемы, когда уровень упомянутого принятого сигнала превышает диапазон сигнала, указывающий желаемый диапазон для напряжения питания.

31. Компьютерная программа по п.28, которая дополнительно включает в себя набор инструкций для измерения сигнала, указывающего уровень тока в электрической схеме, и для его сравнения с сигналом, указывающим максимально допустимый уровень тока в электрической схеме.

32. Компьютерная программа по п.31, которая дополнительно включает в себя набор инструкций для выключения электрической схемы.

33. Стойка для горячей замены электронных плат в системе связи, содержащая схему (120) для предоставления тока, заряжающего емкостную нагрузку на упомянутой электронной плате, схему (160) для управления чередованием тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку на упомянутой электронной плате, отличающаяся тем, что упомянутая электрическая схема дополнительно содержит схему (150) для переключения тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку, процессорный блок (130) для управления временем переключения тока в упомянутой электрической схеме и для непрерывного переключения тока в упомянутой электрической схеме, схему (140) для мониторинга тока в упомянутой схеме (100).

34. Электронная плата для использования в системе связи для горячей замены, содержащая электрическую схему, содержащую схему (120) для предоставления тока, заряжающего емкостную нагрузку на упомянутой электронной плате, схему (160) для управления чередованием тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку на электронной плате, отличающаяся тем, что упомянутая электрическая схема дополнительно содержит схему (150) для переключения тока, заряжающего упомянутую емкостную нагрузку, и процессорный блок (130) для управления временем переключения тока в упомянутой электрической схеме и для непрерывного переключения тока в упомянутой электрической схеме, и схему (140) для мониторинга тока в упомянутой схеме (100).