[发明专利]一种电源闭环控制方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机与通信技术领域，尤其涉及一种电源闭环控制方法与系统。

背景技术

在基于外设部件互连标准(PCI，Peripheral Component Interconnect)总线的模块化互连设备中，热插拔(hot-swap)技术就是指在多业务系统正常开机、运行的状态下，对故障配件进行更换、或者添加新的配件。热插拔功能允许用户在不关闭系统，不切断电源的情况下取出和更换损坏的风扇、电源或板卡等部件，从而提高了系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性等，因此热插拔功能的实现需要有一个支持热插拔的系统平台，还要有一个支持热插拔的单板，例如，一些基于紧凑型外部设备互连标准PCI的面向高端应用的模块化路由器系统都可以提供风扇、电源、业务卡的热插拔切换功能。

所谓紧凑型外部设备互连标准(cPCI，Compact PCI)，是国际PICMG协会于1994提出来的一种总线接口标准，是一种基于PCI总线标准的高性能的工业总线，具有完整的支持热插拔的规范，它定义了四种等级热插拔的系统：不支持热插拔(Non Hot Swap)、基本热插拔(Basic Hot Swap)、全部热插拔(Full Hot Swap)和高可靠热插拔(High Availability)，高可靠热插拔是在全部热插拔硬件基础上增加了一些软件功能。

热插拔接插件与普通接插件差别主要是热插拔接插件增加了长短针，如图1所示，这是一个热插拔器件的针脚的示意图，包括长针、中针和短针。在热插拔插入的过程中，长针先接触，依次是中针，最后是短针；热插拔拔出的过程刚好相反，最先脱位的是短针，依次是中针，最后是长针，热插拔过程中引入长短针是为了让业务卡系统的电源上下电操作安全有序地进行。

热插拔控制芯片的主要作用就是通过检测热插拔时的电流和电压的大小来控制整个模块电路的上电时间，以此来避免过强的热插拔冲击损坏模块的内部电路。热插拔控制芯片部分的电路如图2所示，主要包含内部逻辑、采样输入、ON/OFF输入和MOSFET(场效应管)驱动输出四个部分组成，热插拔控制芯片通过检测电路部分反馈的电流和电压的信息和ON/OFF逻辑来决定是否开启MOSFET。MOSFET一般是串联放在整个模块的供电总线上，这样如果热插拔控制芯片控制MOSFET开启，则整个模块可以正常上电工作。如果热插拔控制芯片检测到过强的电流或者过高的电压，便可以关闭MOSFET，这样虽然MOSFET后面的模块电路暂时没有办法上电，但是却有效的将热插拔冲击和模块电路进行了隔离，保护了模块电路不受热插拔冲击的影响。待热插拔冲击电流消失以后，热插拔芯片会重新控制开启MOSFET，保证整个模块正常上电工作。此外，还有一个开关信号(ON/OFF)连在内部逻辑上，也用于控制外部输出，大部分的热插拔控制器是逻辑‘高’有效，也有一些逻辑‘低’有效，它和检测电路互为“与”的逻辑关系，只有两个条件都满足，MOSFET(场效应管)驱动输出才为高，只要有一个条件不满足，驱动输出为低。

反馈是控制论的基本概念，指将系统的输出结果返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。开环控制和闭环控制的区别就在于有没有反馈，没有形成反馈的控制称为开环控制，反之称为闭环控制。

目前业界的一些cPCI基本热插拔方案如图3所示，该方案实现原理如下：

热插拔系统分为主系统和业务卡两部分，定义两个信号参与热插拔控制：BD_SEL#和ENUM#。

BD_SEL#在背板上设计成最短针，在主系统上和地相连接，业务卡插入系统时，BD_SEL#最后与背板接触，此时电源部分已经接触完好，热插拔控制开启MOFET的条件满足，驱动MOSFET为开启状态，业务卡开始上电。当业务卡拔出时，BD_SEL#最先与背板脱离，热插拔芯片驱动MOSFET使关闭，业务卡下电操作，然后电源针脱位。

ENUM#在背板上是中针，对于主系统它是输入信号，在业务卡完全插入时，即最短针接触到位，它逻辑为低。当无业务卡或者业务卡刚刚脱位，即最短针脱位，它逻辑为高，在有逻辑跳变时候，它产生中断给CPU，CPU响应后，首先查寻是插卡行为还是拔卡行为，如果是前者，启动插卡服务程序，若是后者，启动拔卡服务程序。

该方案一个明显的特点就是通过定义最短针控制业务卡的热插入(热插拔插入)的缓上电和热拔出(热插拔拔出)的提前下电操作，但是存在一个问题，那就是业务卡内部的电源系统对于主系统没有形成反馈，或者说电源系统是开环控制，这样会给主系统带来两个严重后果：