一种以太网交换机用热插拔控制装置和工业以太网交换机制造方法及图纸

本发明专利技术的工业以太网交换机用热插拔控制装置位于工业以太网交换机的背板，并连接于背板供电母线和业务板卡电路之间，包括：用于在业务板卡插接之前切断背板供电母线的供电，在插接之后接通背板供电母线的供电的输入启动控制模块；用于在供电的启动阶段采集业务板卡电路到背板供电母线的回路电流并反馈给功率转换模块的输出启动控制回路；用于在启动阶段结束后采集功率转换模块向业务板卡电路输出的电压，并反馈给功率转换模块的输出控制回路；用于依据所接收的反馈电流和电压，对背板供电母线的启动电流和输出电压进行调整，避免插接业务板卡时电器火花的产生。本发明专利技术保证了交换机在矿井下进行业务板卡热插拔操作时，不产生潜在的电气火花危险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域，特别涉及一种用于工业以太网交换机的热插拔控制装置和工业以太网交换机。
技术介绍
在工业通信系统中，由于实时数据交换的需要，对于通信系统来说一般要求系统不能断电，在这种情况下就产生了一些设备器件带电操作的问题。如图1所示，为现有技术中的一种通信设备的基本供电结构示意图。多个业务板卡通过专用插槽插接于背板(或称主板、母板)中，电源通过背板的48V母线对插接在背板的各个业务板卡供电。如上所述，在工业通信系统中，由于实时数据交换的需要，对于通信系统来说一般要求系统不能断电，这样在安装和拆卸背板上的各个业务板卡的过程中，电源通过背板对其他业务板卡的供电便不能中断，这里就需要开发能够满足不断电情况下进行业务板卡安装和拆卸的热插拔技术。热插拔指的就是设备操作人员在不用断电的情况下，直接拔插设备上的各个板卡，也就是在拔插图1中各个业务板卡时，背板48V母线不能断电，以免影响其他业务板卡的工作。但是在不做防护的情况下，热插拔会产生瞬间电压尖峰，损坏业务板卡和/或背板上的器件，同时产生瞬间大电流，如果电压在IOV以上，电流几十安培，就会产生电气火花，对接插件(如插槽)造成损坏，在特定应用场合，比如矿井，炼油厂等，电气火花更会造成爆炸等事故。电气火花产生的原因是在插拔的时候，两个将要结合或分开的端子，会在将要接触或者分离的瞬间以及在接触很小的时候，产生放电，原因是气体中含有少量正负离子，在外施电压的作用下，离子加速运动，在碰撞中离子数目大大增加，这些离子在电场中的定向运动就形成电流。电流通过气体时伴随着强烈的发热过程，以致电流通道内的中性气体分子被电离而形成等离子体。现在一般通信应用场合，主要有两种方法来解决电器火花产生的问题。其核心思想在于，增大环路阻抗来限制上电瞬间的电流，在插拔过程中，上电瞬间的电流更大，所以在以下分析时，只分析上电时的问题。第一种方案在回路中串联电阻R1，增加环路阻抗，减小电流。如图2所示，在背板和业务板卡之间的插接件位于背板的一侧并联一电容C1，在插接位于业务板卡一侧与业务板卡电路之间并联一电容C2,并在业务板卡电路和电容C2的总电路上串联一电容R1。其原理是在上电前，也就是图2中接插件接通前，电容C1中的电压为Va，电容C2中的电压为ve2=o。在接插件接通的瞬间，环路电流I=W因为Ve2为零，所以在上电瞬间忽略电流I2，所以有如下关系I=I1=(Vc1-Vc2)ZR1 (I)图2中，如果没有R1或者R1很小，电流I会很容易达到几十安培，进而产生电火花。通信装置的常用电压为48V，如果电阻札电阻值为4.8 Q以上，就可以把电流限制在IOA以下，以保证上电安全。第一种方案的缺点是，回路中的电阻R1会一直消耗功率，P1ss=I2R,例如当主板功率较大，回路中电流为10A，R1上消耗的功率将会是Ploss=IOO X 4.8=480W。由于各方面的原因，如此大的功率浪费在R1上是不能接受的。第二种方案，如图3所示，在图2的基础上，将电阻札换成MOS (Metal OxideSemiconductor,金属氧化物半导体)管(^。根据MOS管的特性,在它的GS电压(栅源电压)小于开启电压时，它的DS (漏极-源极)特性呈现可变电阻特性，高于开启电压时，DS呈现恒阻，而且很小，在毫欧级。通过对其栅极施加电压控制，可以实现在上电开始是让MOS管的DS呈现大电阻特性，限制初始上电电流，在上电完成后，DS之间电阻几乎可以忽略，这样就解决图2中电阻R1功耗大的问题。第二种方案可以很好的解决了一般应用场合中的电源热插拔问题，不仅电路简单，效果也很好。但是在工业应用场合，比如煤矿矿井下，炼油厂等高危险场合，因为接插件周围气体中的危险物质很多，这种仅仅粗略限制电流的方法，不足以做到完全的可靠。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种用于工业以太网交换机的热插拔控制装置，以确保交换机对业务板卡进行热插拔操作时，不产生潜在的电气火花危险。本申请的技术方案是这样实现的:一种工业以太网交换机用热插拔控制装置，电连接于所述工业以太网交换机的背板供电母线和业务板卡电路之间；所述热插拔控制装置包括输入启动控制模块、输出控制回路和功率转换模块，所述输入启动控制模块的输入端与所述背板供电母线电连接，所述功率转换模块的输入端与所述启动控制模块的输出端电连接，所述功率转换模块的输出端通过位于所述背板的插接件与所述业务板卡电路电连接，所述输出控制回路的输入端与所述功率转换模块的输出端电连接，所述输出控制回路的输出端与所述功率转换模块的反馈接收端电连接；其中，所述输入启动控制模块用于在所述业务板卡与所述插接件之间处于未连接状态时切断所述背板供电母线与所述插接件之间的电连接，并在所述业务板卡与所述插接件处于连接状态时接通所述背板供电母线与所述插接件之间的电连接；所述输出控制回路用于采集所述功率转换模块向所述业务板卡电路输出的电流或电压，并反馈给所述功率转换模块的反馈接收端；所述功率转换模块用于依据其反馈接收端所接收的反馈电流，对其输入端所接收的背板供电母线的电流进行调整，以使得背板供电母线电流的电流值小于产生电气火花的电流值。进一步:所述输出控制回路 包括输出电压采样模块和第一反馈模块，所述输出电压采样模块的输入端与所述功率转换模块的输出端电连接，所述第一反馈模块的输入端与所述输出电压采样模块的输出端电连接，所述第一反馈模块的输出端与所述功率转换模块的反馈接收端电连接；其中，所述输出电压采样模块用于采集所述功率转换模块向所述业务板卡电路输出的电压；所述第一反馈模块用于根据所述输出电压采样模块的采样结果，控制所述功率转换模块工作在稳压状态。进一步所述热插拔控制装置还包括输出启动控制回路和反馈切换控制开关，所述输出启动控制回路的输入端与所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电连接，所述输出启动控制回路的输出端与所述功率转换模块的反馈接收端电连接，所述反馈切换控制开关电连接于所述输出控制回路和功率转换模块之间，并且所述反馈切换控制开关还与所述输出启动控制回路的控制端电连接；其中，所述输出启动控制回路用于在所述背板供电母线向业务板卡电路供电的启动阶段，采集所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电流并反馈给所述功率转换模块的反馈接收端，与此同时通过所述反馈切换控制开关切断所述输出控制回路到所述功率转换模块的电路；在所述供电的启动阶段结束后，停止采集所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电流并通过所述反馈切换控制开关接通所述输出控制回路到所述功率转换模块的电路；所述反馈切换控制开关用于根据所述输出启动控制回路的控制，切断或接通所述输出控制回路到所述功率转换模块的电路。进一步所述输出启动控制回路包括回路电流采样模块和第二反馈模块，所述回路电流采样模块的输入端与所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电连接，所述第二反馈模块的输入端与所述回路电流采样模块的输出端电连接，所述第二反馈模块的输出端与所述功率转换模块电连接，所述第二反馈模块的控制端与所述反馈切换控制开关电连接；其中，所述回路电流采样模块用于在所述背板供电母线向业务板卡电路供电的启动阶段，采集所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电流；在所述供电的启动阶段结束后，停本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业以太网交换机用热插拔控制装置，其特征在于：所述热插拔控制装置电连接于所述工业以太网交换机的背板供电母线和业务板卡电路之间；所述热插拔控制装置包括输入启动控制模块、输出控制回路和功率转换模块，所述输入启动控制模块的输入端与所述背板供电母线电连接，所述功率转换模块的输入端与所述启动控制模块的输出端电连接，所述功率转换模块的输出端通过位于所述背板的插接件与所述业务板卡电路电连接，所述输出控制回路的输入端与所述功率转换模块的输出端电连接，所述输出控制回路的输出端与所述功率转换模块的反馈接收端电连接；其中，所述输入启动控制模块用于在所述业务板卡与所述插接件之间处于未连接状态时切断所述背板供电母线与所述插接件之间的电连接，并在所述业务板卡与所述插接件处于连接状态时接通所述背板供电母线与所述插接件之间的电连接；所述输出控制回路用于采集所述功率转换模块向所述业务板卡电路输出的电流或电压，并反馈给所述功率转换模块的反馈接收端；所述功率转换模块用于依据其反馈接收端所接收的反馈电流，对其输入端所接收的背板供电母线的电流进行调整，以使得背板供电母线电流的电流值小于产生电气火花的电流值。

【技术特征摘要】
1.一种工业以太网交换机用热插拔控制装置，其特征在于:所述热插拔控制装置电连接于所述工业以太网交换机的背板供电母线和业务板卡电路之间；所述热插拔控制装置包括输入启动控制模块、输出控制回路和功率转换模块，所述输入启动控制模块的输入端与所述背板供电母线电连接，所述功率转换模块的输入端与所述启动控制模块的输出端电连接，所述功率转换模块的输出端通过位于所述背板的插接件与所述业务板卡电路电连接，所述输出控制回路的输入端与所述功率转换模块的输出端电连接，所述输出控制回路的输出端与所述功率转换模块的反馈接收端电连接；其中， 所述输入启动控制模块用于在所述业务板卡与所述插接件之间处于未连接状态时切断所述背板供电母线与所述插接件之间的电连接，并在所述业务板卡与所述插接件处于连接状态时接通所述背板供电母线与所述插接件之间的电连接； 所述输出控制回路用于采集所述功率转换模块向所述业务板卡电路输出的电流或电压，并反馈给所述功率转换模块的反馈接收端； 所述功率转换模块用于依据其反馈接收端所接收的反馈电流，对其输入端所接收的背板供电母线的电流进行调整，以使得背板供电母线电流的电流值小于产生电气火花的电流值。2.根据权利要求1所述的工业以太网交换机用热插拔控制装置，其特征在于: 所述输出控制回路包括输出电压采样模块和第一反馈模块，所述输出电压采样模块的输入端与所述功率转换模块的输出端电连接，所述第一反馈模块的输入端与所述输出电压采样模块的输出端电连接，所述第一反馈模块的输出端与所述功率转换模块的反馈接收端电连接；其中， 所述输出电压采样模块用于采集所述功率转换模块向所述业务板卡电路输出的电压； 所述第一反馈模块用于根据所述输出电压采样模块的采样结果，控制所述功率转换模块工作在稳压状态。3.根据权利要求1所述的工业以太网交换机用热插拔控制装置，其特征在于: 所述热插拔控制装置还包括输出启动控制回路和反馈切换控制开关，所述输出启动控制回路的输入端与所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电连接，所述输出启动控制回路的输出端与所述功率转换模块的反馈接收端电连接，所述反馈切换控制开关电连接于所述输出控制回路和功率转换模块之间，并且所述反馈切换控制开关还与所述输出启动控制回路的控制端电连接；其中， 所述输出启动控制回路用于在所述背板供电母线向业务板卡电路供电的启动阶段，采集所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电流并反馈给所述功率转换模块的反馈接收端，与此同时通过所述反馈切换控制开关切断所述输出控制回路到所述功率转换模块的电路；在所述供电的启动阶段结束后，停止采集所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电流并通过所述反馈切换控制开关接通所述输出控制回路到所述功率转换模块的电路； 所述反馈切换控制开关用于根据所述输出启动控制回路的控制，切断或接通所述输出控制回路到所述功率转换模块的电路。4.根据权利要求3所 述的工业以太网交换机用热插拔控制装置，其特征在于:所述输出启动控制回路包括回路电流采样模块和第二反馈模块，所述回路电流采样模块的输入端与所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电连接，所述第二反馈模块的输入端与所述回路电流采样模块的输出端电连接，所述第二反馈模块的输出端与所述功率转换模块电连接，所述第二反馈模块的控制端与所述反馈切换控制开关电连接；其中， 所述回路电流采样模块用于在所述背板供电母线向业务板卡电路供电的启动阶段，采集所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电流；在所述供电的启动阶段结束后，停止采集所述业务板卡电路到背板供电母线之间的回路电流； 所述第二反馈模块用于在所述背板供电母线向业务板卡电路供电的启动阶段，将所述回路电流采样模块所采集的电流反馈给所述功率转换模块的反馈接收端，与此同时通过所述反馈切换控制开关切断所述输出控制回路向所述功率转换模块的电路；在所述供电的启动阶段结束后，停止向所述功率转换模块的反馈接收端反馈所述回路电流采样模块所采集的电流，并通过所述反馈切换控制开关接通所述输出控制回路向所述功率转换模块的电路。5.根据权利要求1所述的工业以太网交换机用热插拔控制装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红瑞，罗会林，
申请(专利权)人：北京格林伟迪科技有限公司，北京格林威尔科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：