CN110794947B - 一种服务器前端电源的监测电路及服务器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种服务器前端电源的监测电路及服务器，包括比较器、ADC转换器以及控制功率开关管；比较器的同向输入端连接ADC转化器的输出端，比较器的反向输入端连接参考电压，比较器的输出端连接控制功率开关管的第一端，控制功率开关管的第二端连接输出功率开关管，控制功率开关管的第三端接地；ADC转换器，用于采集前端电源的输出电压，并输出该输出电压至比较器的同向输入端；比较器，用于比较输出电压与参考电压，且当输出电压大于参考电压时驱动控制功率开关管导通以关断输出功率开关管使前端电源至后端负载的供电路径断开。该监测电路能够有效实现针对服务器前端电源的过流保护，保障服务器的正常运行。

Description

一种服务器前端电源的监测电路及服务器

技术领域

本申请涉及服务器技术领域，特别涉及一种服务器前端电源的监测电路；还涉及一种服务器。

背景技术

伴随着AI技术、大数据产业的蓬勃发展，对服务器的需求越来越高。而随着服务器性能的增强，服务器的功耗也越来越大，对于电流监控、过流保护功能关注也愈发强烈。然而，目前服务器的电源模块，尤其是服务器前端电源，缺乏电流过流保护，一旦前端电源发生异常只能利用后端的负载芯片等的保护功能进行保护，但是，这种保护方式的保护能力有限，对于前端大电流则无能为力，无法有效完成保护。

因此，如何更好的对服务器进行保护已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种服务器前端电源的监测电路，能够有效实现针对服务器前端电源的过流保护，保障服务器的正常运行；本申请的另一目的是提供一种服务器，同样具有上述技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种服务器前端电源的监测电路，包括：

比较器、ADC转换器以及控制功率开关管；所述比较器的同向输入端连接所述ADC转化器的输出端，所述比较器的反向输入端连接参考电压，所述比较器的输出端连接所述控制功率开关管的第一端，所述控制功率开关管的第二端连接输出功率开关管，所述控制功率开关管的第三端接地；

所述ADC转换器，用于采集所述前端电源的输出电压，并输出所述输出电压至所述比较器的同向输入端；

所述比较器，用于比较所述输出电压与所述参考电压，且当所述输出电压大于所述参考电压时驱动所述控制功率开关管导通以关断所述输出功率开关管使所述前端电源至后端负载的供电路径断开。

可选的，还包括：

第一电阻与第二电阻；所述比较器的反向输入端连接于所述第一电阻与所述第二电阻相连接的一端，所述第一电阻的另一端连接所述前端电源，所述第二电阻的另一端接地。

可选的，还包括：

控制器、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管以及第一电容与第二电容；所述第一功率开关管的第一端连接所述前端电源，所述第一功率开关管的第二端连接所述第一电容的第一端，所述第一功率开关管的第三端连接所述控制器；所述第二功率开关管的第一端连接所述第一电容的第二端，所述第二功率开关管的第二端连接所述前端电源，所述第二功率开关管的第三端连接所述控制器；所述第三功率开关管的第一端连接所述第一电容的第一端，所述第三功率开关管的第二端接地，所述第三开关管的第三端连接所述控制器；所述第四功率开关管的第一端连接所述第二电容的第一端，所述第四功率开关管的第二端连接所述第一电容的第二端，所述第四功率开关管的第三端连接所述控制器，所述第二电容的第二端接地，所述第二电容的第一端还连接所述输出功率开关管；

所述控制器，用于输出第一PWM脉冲信号至所述第二功率开关管与所述第三功率开关管，输出第二PWM脉冲信号至所述第一功率开关管与所述第四功率开关管，以通过控制所述第一功率开关管、所述第二功率开关管、所述第三功率开关管以及所述第四功率开关管的导通状态使所述第一电容与所述第二电容先后充电而导通所述输出功率开关管；其中，所述第一PWM脉冲信号与所述第二PWM脉冲信号的周期相同，相位相反。

可选的，所述控制功率开关管具体为MOS管。

可选的，所述控制器具体为CPLD。

可选的，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管、所述第三功率开关管以及所述第四功率开关管均为MOS管。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种服务器，所述服务器设置有如上所述的服务器前端电源的监测电路。

本申请所提供的服务器前端电源的监测电路，包括比较器、ADC转换器以及控制功率开关管；所述比较器的同向输入端连接所述ADC转化器的输出端，所述比较器的反向输入端连接参考电压，所述比较器的输出端连接所述控制功率开关管的第一端，所述控制功率开关管的第二端连接输出功率开关管，所述控制功率开关管的第三端接地；所述ADC转换器，用于采集所述前端电源的输出电压，并输出所述输出电压至所述比较器的同向输入端；所述比较器，用于比较所述输出电压与所述参考电压，且当所述输出电压大于所述参考电压时驱动所述控制功率开关管导通以关断所述输出功率开关管使所述前端电源至后端负载的供电路径断开。

可见，本申请在传统的服务器电路的基础上，增设了用于前端电源过流保护的监测电路，控制功率开关管连接输出功率开关管，一旦前端电源的输出电压高于参考电压，比较器便输出高电平至控制功率开关管，从而导通控制功率开关管，进而关断输出功率开关管，使前端电源至后端负载的供电路径断开，前端电源无电压输出至后端负载，故而即使前端电源发生异常，通过及时切断供电路径可以有效实现针对服务器前端电源的过流保护，保障服务器的正常运行。本申请所提供的服务器同样具有上述技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种服务器前端电源的监测电路的示意图；

图2为本申请实施例所提供的另一种服务器前端电源的监测电路的示意图；

图3为本申请实施例所提供的又一种服务器前端电源的监测电路的示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种服务器前端电源的监测电路，能够有效实现针对服务器前端电源的过流保护，保障服务器的正常运行；本申请的另一目的是提供一种服务器，同样具有上述技术效果。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种服务器前端电源的监测电路的示意图；参考图1所示，该监测电路包括：

比较器、ADC转换器以及控制功率开关管Q；比较器的同向输入端连接ADC转化器的输出端，比较器的反向输入端连接参考电压，比较器的输出端连接控制功率开关管Q的第一端，控制功率开关管Q的第二端连接输出功率开关管QP，控制功率开关管Q的第三端接地；

ADC转换器，用于采集前端电源的输出电压，并输出该输出电压至比较器的同向输入端；

比较器，用于比较输出电压与参考电压，且当输出电压大于参考电压时驱动控制功率开关管Q导通以关断输出功率开关管QP使前端电源至后端负载的供电路径断开。

具体的，本申请所提供的监测电路主要包括比较器、ADC转换器以及控制功率开关管Q。比较器的同向输入端连接ADC转换器的输出端，比较器的反向输入端连接参考电压，比较器的输出端则连接控制功率开关管Q的第一端，控制功率开关管Q的第二端连接输出功率开关管QP、第三端接地。其中，上述输出功率开关管QP即为现有技术中已存在的NMOS管，且该NMOS管连接前端电源，仅当NMOS管导通时，前端电源的输出电压才能够输出至服务器的后端负载，如负载芯片等。

当比较器的输出端输出低电平时，控制功率开关管Q关断，此时输出功率开关管QP为导通状态，前端电源的输出电压经由此输出功率开关管QP输出至服务器的后端负载。当比较器的输出端输出高电平时，控制功率开关管Q导通，此时由于控制功率开关管Q的第二端连接输出功率开关管QP，具体即连接输出功率开关管QP的栅极，并且控制功率开关管Q的第三端接地，因此，当控制功率开关管Q导通后，输出功率开关管QP的栅极电压被强制拉低，导致输出功率开关管QP关断，进而切断前端电源向服务器后端负载供电的路径，前端电源的电流不再流至服务器的后端负载。而比较器输出高电平的条件即为比较器的同向输入端的电压值大于其反向输入端的电压值，即前端电源的输出电压大于参考电压时(此参考电压用作判断前端电压是否异常，其数值可根据实际需要所确定)，也即前端电源出现异常时，由此，当前端电源异常时，通过导通控制功率开关管Q实现断开输出功率开关管QP的目的，进而达到保护服务器的目的。

其中，在一种具体的实施方式中，上述控制功率开关管Q具体可以为MOS管，此时，该控制功率开关管Q的栅极连接比较器的输出端、源极接地、漏极连接输出功率开关管QP的栅极。

另外，在一种具体的实施方式中，该监测电路还可以包括第一电阻R1与第二电阻R2；比较器的反向输入端连接于第一电阻R1与第二电阻R2相连接的一端，第一电阻R1的另一端连接前端电源，第二电阻R2的另一端接地。

具体的，参考图2所示，本实施例通过简单的电路结构提供参考电压，以简化电路结构，降低成本。具体而言即利用第一电阻R1与第二电阻R2以及前端电源提供参考电压。其中，第一电阻R1的一端连接前端电源，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2，第二电阻R2的另一端接地，比较器的反向输入端连接于第一电阻R1与第二电阻R2之间，即连接第一电阻R1与第二电阻R2相连接的一端。另外，由于输出功率开关管QP的漏极串接精密电阻R后连接前端电源，从而，参考电压在数值上为Vref＝V*R2/(R1+R2)/R，上式中Vref表示参考电压，V表示前端电源的电压，通常前端电源为12V，R1表示第一电阻，R2表示第二电阻。

综上所述，本申请在传统的服务器电路的基础上，增设了用于前端电源过流保护的监测电路，控制功率开关管连接输出功率开关管，一旦前端电源的输出电压高于参考电压，比较器便输出高电平至控制功率开关管，从而导通控制功率开关管，进而关断输出功率开关管，使前端电源至后端负载的供电路径断开，前端电源无电压输出至后端负载，故而即使前端电源发生异常，通过及时切断供电路径可以有效实现针对服务器前端电源的过流保护，保障服务器的正常运行。

进一步，鉴于现有技术中上述输出功率开关管(NMOS管)的导通条件是其栅极电压要高于其漏极电压，因为输出功率开关管的漏极连接前端电源，所以需要输出功率开关管的栅极电压要高于前端电源的电压。为了满足上述条件，目前所采用的方式是输出功率开关管的栅极连接一个升压芯片(图1与图2均未标示)，利用此升压芯片将前端电源输出的电压进行升压后输出至输出功率开关管的栅极，从而实现输出功率开关管的导通，前端电压输出的电流能够输出至服务器的后端负载，然而上述方式需要依靠升压芯片，故产生成本较高的问题。

由此，为了降低成本，在上述实施例的基础上，作为一种具体的实施方式，监测电路还可以包括控制器、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管以及第一电容与第二电容；第一功率开关管的第一端连接前端电源，第一功率开关管的第二端连接第一电容的第一端，第一功率开关管的第三端连接控制器；第二功率开关管的第一端连接第一电容的第二端，第二功率开关管的第二端连接前端电源，第二功率开关管的第三端连接控制器；第三功率开关管的第一端连接第一电容的第一端，第三功率开关管的第二端接地，第三开关管的第三端连接控制器；第四功率开关管的第一端连接第二电容的第一端，第四功率开关管的第二端连接第一电容的第二端，第四功率开关管的第三端连接控制器，第二电容的第二端接地，第二电容的第一端还连接输出功率开关管；

控制器，用于输出第一PWM脉冲信号至第二功率开关管与第三功率开关管，输出第二PWM脉冲信号至第一功率开关管与第四功率开关管，以通过控制第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管的导通状态使第一电容与第二电容先后充电而导通输出功率开关管；其中，第一PWM脉冲信号与第二PWM脉冲信号的周期相同，相位相反。

具体的，系统上电前，控制器输出至第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管的PWM脉冲信号均为低电平，第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管均为关断状态，此时，输出功率开关管的栅极电平为低电平，输出功率开关管关断，无电压输出。系统准备上电后，控制器输出两个周期相同、相位相反的PWM脉冲信号，其中第一PWM脉冲信号输出至第二功率开关管与第三功率开关管，第二PWM脉冲信号输出至第一功率开关管与第四功率开关管。在一个周期内，第二功率开关管与第三功率开关首先导通，前端电源对第一电容充电，第一电容两端的电压达到前端电源的电压，一段时间后第二功率开关管与第三功率开关管关断，第一功率开关管与第四功率开关管导通，前端电源对第二电容充电，且由于之前前端电源已对第一电容充电，因此，当第二功率开关管与第三功率开关管关断，第一功率开关管与第四功率开关管导通后，第二电容第一端的电压被钳位至基本等于前端电源的电压的两倍的数值，从而导通输出功率开关管，输出功率开关管导通后前端电源经输出功率开关管输出电压至服务器的后端负载。

以PWM脉冲信号的周期为T，占空比为D为例：在时间域(0，D)内，第一PWM脉冲信号为高电平，第二PWM脉冲为低电平，此时间域内，第一功率开关管与第四功率开关管关断，第二功率开关管与第三功率开关管导通，前端电源对第一电容充电。在时间域(D，T)内，第一PWM脉冲信号为低电平，第二PWM脉冲为高电平，此时间域内，第一功率开关管与第四功率开关管导通，第二功率开关管与第三功率开关管关断，前端电源对第二电容充电，且在之前第一电容两端的电压已达到前端电源的电压的基础上，第二电容第一端的电压被钳位至基本等于前端电源的电压的两倍的数值。

其中，在一种具体的实施方式中，上述第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管均为MOS管，则各功率开关管与各电容的连接方式如下：

参考图3所示，第一功率开关管Q1的漏极连接前端电源，第一功率开关管Q1的源极连接第一电容C1的第一端，第一功率开关管Q1的栅极连接控制器(图中未标示)。第二功率开关管Q2的漏极连接第一电容C1的第二端，第二功率开关管Q2的源极连接前端电源，第二功率开关管Q2的栅极连接控制器。第三功率开关管Q3的漏极连接第一电容C1的第一端，第三功率开关管Q3的源极接地，第三功率开关管Q3的栅极连接控制器。第四功率开关管Q4的漏极连接第二电容C2的第一端，第四功率开关管Q4的源极连接第一电容C1的第二端，第四功率开关管Q4的栅极连接控制器，第二电容C2的第二端接地，此外，第二电容C2的第一端还连接输出功率开关管的栅极。

此外，在一种具体的实施方式中，上述控制器具体为CPLD。

具体的，本实施例中，第一PWM脉冲信号与第二PWM脉冲信号由CPLD即复杂可编程逻辑器件提供，通过CPLD来控制第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管以及第四功率开关管的导通状态，同时利用第一电容与第二电容的充放电特性，实现对输出功率开关管导通或关断的控制。

当然，上述各功率开关管的具体类型以及控制器的具体类型仅为本申请所提供的一种实施方式，而非唯一限定，还可以结合实际需要进行差异性设置，例如，控制器还可以为BMC即基本管理控制器，各功率开关管还可以为IGBT。

综上所述，本申请在传统的服务器电路的基础上，增设了用于前端电源过流保护的监测电路以及用于驱动输出功率开关管的驱动电路。通过控制第一功率开关管至第四功率开关管的导通次序，使第一电容与第二电容先后充电，进而导通输出功率开关管，实现通过简单的电路来驱动输出功率开关管导通的目的，从而有效降低成本。通过将控制功率开关管与输出功率开关管相连，利用ADC转换器采集前端电源的输出电压，从而一旦前端电源的输出电压高于参考电压，比较器便输出高电平至控制功率开关管，以导通控制功率开关管，进而关断输出功率开关管，使前端电源至后端负载的供电路径断开，前端电源无电压输出至后端负载，故而即使前端电源发生异常，通过及时切断供电路径可以有效实现针对服务器前端电源的过流保护，保障服务器的正常运行。

本申请还提供了一种服务器，该服务器设置有如上述实施例所描述的服务器前端电源的监测电路，对于本申请所提供的服务器的介绍参考上述服务器前端电源的监测电路的描述即可，本申请在此不做赘述。

因为情况复杂，无法一一列举进行阐述，本领域技术人员应能意识到，在本申请提供的实施例的基本原理下结合实际情况可以存在多个例子，在不付出足够的创造性劳动下，应均在本申请的范围内。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种服务器前端电源的监测电路，其特征在于，包括：

比较器、ADC转换器以及控制功率开关管；所述比较器的同向输入端连接所述ADC转换器的输出端，所述比较器的反向输入端连接参考电压，所述比较器的输出端连接所述控制功率开关管的第一端，所述控制功率开关管的第二端连接输出功率开关管，所述控制功率开关管的第三端接地；

所述ADC转换器，用于采集所述前端电源的输出电压，并输出所述输出电压至所述比较器的同向输入端；

所述比较器，用于比较所述输出电压与所述参考电压，且当所述输出电压大于所述参考电压时驱动所述控制功率开关管导通以关断所述输出功率开关管使所述前端电源至后端负载的供电路径断开；

还包括：

控制器、第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管以及第一电容与第二电容；所述第一功率开关管的第一端连接所述前端电源，所述第一功率开关管的第二端连接所述第一电容的第一端，所述第一功率开关管的第三端连接所述控制器；所述第二功率开关管的第一端连接所述第一电容的第二端，所述第二功率开关管的第二端连接所述前端电源，所述第二功率开关管的第三端连接所述控制器；所述第三功率开关管的第一端连接所述第一电容的第一端，所述第三功率开关管的第二端接地，所述第三功率开关管的第三端连接所述控制器；所述第四功率开关管的第一端连接所述第二电容的第一端，所述第四功率开关管的第二端连接所述第一电容的第二端，所述第四功率开关管的第三端连接所述控制器，所述第二电容的第二端接地，所述第二电容的第一端还连接所述输出功率开关管；

所述控制器，用于输出第一PWM脉冲信号至所述第二功率开关管与所述第三功率开关管，输出第二PWM脉冲信号至所述第一功率开关管与所述第四功率开关管，以通过控制所述第一功率开关管、所述第二功率开关管、所述第三功率开关管以及所述第四功率开关管的导通状态使所述第一电容与所述第二电容先后充电而导通所述输出功率开关管；其中，所述第一PWM脉冲信号与所述第二PWM脉冲信号的周期相同，相位相反。

2.根据权利要求1所述的监测电路，其特征在于，还包括：

第一电阻与第二电阻；所述比较器的反向输入端连接于所述第一电阻与所述第二电阻相连接的一端，所述第一电阻的另一端连接所述前端电源，所述第二电阻的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的监测电路，其特征在于，所述控制功率开关管具体为MOS管。

4.根据权利要求1所述的监测电路，其特征在于，所述控制器具体为CPLD。

5.根据权利要求1所述的监测电路，其特征在于，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管、所述第三功率开关管以及所述第四功率开关管均为MOS管。

6.一种服务器，其特征在于，所述服务器设置有如权利要求1至5任一项所述的服务器前端电源的监测电路。

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