CN111327206B - 一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法及装置 - Google Patents

一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法及装置，所述方法包括如下步骤：S1.获取服务器电源模块PSU现有整流用的MOS晶体管，并将整流用MOS晶体管设置为主MOS晶体管和备MOS晶体管；S2.在控制模块与整流用MOS晶体管之间设置备用驱动芯片，对原驱动芯片驱动的MOS晶体管进行分流，原驱动芯片连接主MOS晶体管，备用驱动芯片连接备MOS晶体管；S3.控制模块与输出电流侦测模块连接，且设置控制模块与备用驱动芯片的使能管脚连接；S4.控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算负载电阻，并根据负载电阻大小控制备用驱动芯片的使能与否。

Description

一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法及装置
技术领域
本发明属于服务器电源效率提升技术领域，具体涉及一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法及装置。
背景技术
SR，是Synchronous Rectification的简称，同步整流。
电源功率大时的效率要求及温度要求与电源功率小时的效率要求及温度问题不同，因此小功率电源使用肖特基二极管来整流已经不能满足需求，通常变压器二次侧会使用MOS晶体管来实现同步整流，MOS晶体管导通后会有导通损，由于MOS晶体管的导通损远小于二极管的导通损，同步整流已成为电源功率低时的趋势。
而同步整流的切换电路的也有损耗，分为切换损失及导通损失。切换损失指的是MOS晶体管导通及截止时电压与电流交越的功率损失，以及控制MOS晶体管导通的功率损失；导通损失指的是MOS晶管体导通时，电流流经导通电阻时产生的功率消耗，在服务器电源模块PSU轻载时的切换损失比重会大于导通损失，而驱动电压高低也会影响切换组件的切换损失。切换损失公式如下
P_gate_loss＝Qg*Vgs*fsw
其中，P_gate_loss为晶体管切换损失，Qg为切换电量差，Vgs为切换电压差，fsw为切换频率，所以需要驱动的同步整流的MOS晶体管越多，切换损失和导通损失会越高。
服务器电源模块PSU设计时，功率越大，同步整流采用的MOS晶体管使用的颗数也会越多，来平均分担重载时大电流造成的功率损失，而如今轻载的功率要求越来越高，如白金电源20％负载下要求90％的效率，而钛金电源仅仅在20％负载时提高效率要求到94％，还要求10％负载时也要有90％效率。
效率要求愈来愈高，尤其是轻载的要求会与重载需要使用导通电阻小的MOS晶体管相冲突，因为导通电阻小相对的转换损失就会大，因此，基于同步整流的服务器电源模块PSU轻载时，效率会比较低。
此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法及装置，是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术的上述基于同步整流的服务器电源模块PSU轻载的要求会与重载需要使用导通电阻小的MOS晶体管相冲突的缺陷，本发明提供一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法及装置，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法，包括如下步骤：
S1.获取服务器电源模块PSU现有整流用的MOS晶体管，并将整流用MOS晶体管设置为主MOS晶体管和备MOS晶体管；
S2.在控制模块与整流用MOS晶体管之间设置备用驱动芯片，对原驱动芯片驱动的MOS晶体管进行分流，原驱动芯片连接主MOS晶体管，备用驱动芯片连接备MOS晶体管；
S3.控制模块与输出电流侦测模块连接，且设置控制模块与备用驱动芯片的使能管脚连接；
S4.控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算负载电阻，并根据负载电阻大小控制备用驱动芯片的使能与否。
进一步地，步骤S2中，备用驱动芯片的数量为1个。备用驱动芯片的数量不限于1个，多个备用驱动芯片可实现轻载时，效率控制的精度要求，而1个备用驱动芯片为本发明最低成本的配置，可实现本发明的基本思想。
进一步地，步骤S1中，将整流用MOS晶体管均分成两组，一组设置为主MOS晶体管，另一组设置为备MOS晶体管。MOS晶体管的分组情况与备用驱动芯片数量相关，根据备用驱动芯片与主驱动芯片的数量的和将MOS晶体管分成相应的组数。
进一步地，控制模块采用DSP数字信号处理器；
步骤S3中，控制模块通过GPIO管脚与备用驱动芯片的使能管脚连接。DSP数字信号处理器的驱动能力不够，需要在控制模块与MOS晶体管之间设置主驱动芯片和备用驱动芯片增加驱动能力。
进一步地，步骤S4具体步骤如下：
S41.控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算实时负载电阻；
S42.控制模块计算实时负载电阻与负载满载电阻的比值，设定为实时负载率；
S43.控制模块根据实时负载率大小控制备用驱动芯片的使能与否。输出电流侦测模块为服务器系统原有的负载电流侦测功能模块，通过获取实时负载电流，及服务器电源模块的输出电压，即可计算出实时负载电阻。
进一步地，步骤S43具体步骤如下：
S431.控制模块设定下限负载率和上限负载率，且下限负载率第一上限负载率；
S432.控制模块判断实时负载率处于下限负载率与上限负载率的区间；
当实时负载率低于下限负载率时，进入步骤S433；
当实时负载率高于上限负载率时，进入步骤S434；
当实时负载率处于下限负载率与上限负载率之间时，进入步骤S435；
S433.控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效，返回步骤S432；
S434.控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能生效，返回步骤S432；
S435.控制模块控制原有备用驱动芯片的状态不变，返回步骤S432。负载率是判断负载轻载还是重载的关键，负载实时的电阻值与负载满载时电阻值的比值即为负载率。
进一步地，步骤S432中，控制模块还记录实时负载率及其获取时间；
步骤S433中，控制模块根据历史负载率记录及负载率获取时间，判断实时负载率低于下限负载率是否大于设定时间段阈值；
若是，控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效，返回步骤S432；
若否，返回步骤S432。确定实时负载率第一下限负载率设定时间段阈值后才取消备用驱动芯片的使能状态，可避免在突发大电流或动态载时的误操作。
第二方面，本发明提供一种基于同步整流提升服务器电源效率的装置，包括：
MOS晶体管分组模块，用于获取服务器电源模块PSU现有整流用的MOS晶体管，并将整流用MOS晶体管设置为主MOS晶体管和备MOS晶体管；
备用驱动芯片设置模块，用于在控制模块与整流用MOS晶体管之间设置备用驱动芯片，对原驱动芯片驱动的MOS晶体管进行分流，原驱动芯片连接主MOS晶体管，备用驱动芯片连接备MOS晶体管；
备用驱动芯片使能控制设置模块，用于设置控制模块与输出电流侦测模块连接，且设置控制模块与备用驱动芯片的使能管脚连接；
备用驱动芯片控制模块，用于设置控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算负载电阻，并根据负载电阻大小控制备用驱动芯片的使能与否。
进一步地，备用驱动芯片控制模块包括：
负载电阻计算单元，用于设置控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算实时负载电阻；
实时负载率计算单元，用于设置控制模块计算实时负载电阻与负载满载电阻的比值，设定为实时负载率；
备用驱动芯片控制单元，用于设置控制模块根据实时负载率大小控制备用驱动芯片的使能与否。
进一步地，备用驱动芯片控制单元包括：
负载率上下限设定子单元，用于设置控制模块设定下限负载率和上限负载率，且下限负载率第一上限负载率；
负载率区间判断子单元，用于设置控制模块判断实时负载率处于下限负载率与上限负载率的区间；
使能失效控制子单元，用于当实时负载率低于下限负载率时，设置控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效；
使能生效控制子单元，用于当实时负载率高于上限负载率时，设置控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能生效；
原有状态保持子单元，用于当实时负载率处于下限负载率与上限负载率之间时，设置控制模块控制原有备用驱动芯片的状态不变。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的基于同步整流提升服务器电源效率的方法及装置，通过增加备用驱动芯片的简单结构，无需太多组件，即可实现服务器电源轻载时效率的提高，不影响原有电路的运作状态。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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是本发明的方法流程示意图一；
图2是本发明的方法流程示意图二；
图3是本发明的装置示意图；
图中，1-MOS晶体管分组模块；2-备用驱动芯片设置模块；3-备用驱动芯片使能控制设置模块；4-备用驱动芯片控制模块；4.1-负载电阻计算单元；4.2-；实时负载率计算单元4.3-备用驱动芯片控制单元。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法，包括如下步骤：
S1.获取服务器电源模块PSU现有整流用的MOS晶体管，并将整流用MOS晶体管设置为主MOS晶体管和备MOS晶体管；
S2.在控制模块与整流用MOS晶体管之间设置备用驱动芯片，对原驱动芯片驱动的MOS晶体管进行分流，原驱动芯片连接主MOS晶体管，备用驱动芯片连接备MOS晶体管；
S3.控制模块与输出电流侦测模块连接，且设置控制模块与备用驱动芯片的使能管脚连接；
S4.控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算负载电阻，并根据负载电阻大小控制备用驱动芯片的使能与否。
上述实施例1中，步骤S2中，以备用驱动芯片数量为1个为例，则步骤S1中，将整流用MOS晶体管均分成两组，一组设置为主MOS晶体管，另一组设置为备MOS晶体管；
控制模块采用DSP数字信号处理器；
步骤S3中，控制模块通过GPIO管脚与备用驱动芯片的使能管脚连接。
实施例2：
如图2所示，本发明提供一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法，包括如下步骤：
S1.获取服务器电源模块PSU现有整流用的MOS晶体管，并将整流用MOS晶体管设置为主MOS晶体管和备MOS晶体管；
S2.在控制模块与整流用MOS晶体管之间设置备用驱动芯片，对原驱动芯片驱动的MOS晶体管进行分流，原驱动芯片连接主MOS晶体管，备用驱动芯片连接备MOS晶体管；
S3.控制模块与输出电流侦测模块连接，且设置控制模块与备用驱动芯片的使能管脚连接；
S4.控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算负载电阻，并根据负载电阻大小控制备用驱动芯片的使能与否；具体步骤如下：
S41.控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算实时负载电阻；
S42.控制模块计算实时负载电阻与负载满载电阻的比值，设定为实时负载率；
S43.控制模块根据实时负载率大小控制备用驱动芯片的使能与否；步骤S43具体步骤如下：
S431.控制模块设定下限负载率和上限负载率，且下限负载率第一上限负载率；
S432.控制模块判断实时负载率处于下限负载率与上限负载率的区间，并记录实时负载率及其获取时间；
当实时负载率低于下限负载率时，进入步骤S433；
当实时负载率高于上限负载率时，进入步骤S434；
当实时负载率处于下限负载率与上限负载率之间时，进入步骤S435；
S433.控制模块根据历史负载率记录及负载率获取时间，判断实时负载率低于下限负载率是否大于设定时间段阈值；
若是，控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效，返回步骤S432；
若否，返回步骤S432；
S434.控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能生效，返回步骤S432；
S435.控制模块控制原有备用驱动芯片的状态不变，返回步骤S432。
实施例3:
如图3所示,本发明提供一种基于同步整流提升服务器电源效率的装置，包括：
MOS晶体管分组模块1，用于获取服务器电源模块PSU现有整流用的MOS晶体管，并将整流用MOS晶体管设置为主MOS晶体管和备MOS晶体管；
备用驱动芯片设置模块2，用于在控制模块与整流用MOS晶体管之间设置备用驱动芯片，对原驱动芯片驱动的MOS晶体管进行分流，原驱动芯片连接主MOS晶体管，备用驱动芯片连接备MOS晶体管；
备用驱动芯片使能控制设置模块3，用于设置控制模块与输出电流侦测模块连接，且设置控制模块与备用驱动芯片的使能管脚连接；
备用驱动芯片控制模块4，用于设置控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算负载电阻，并根据负载电阻大小控制备用驱动芯片的使能与否；备用驱动芯片控制模块4包括：
负载电阻计算单元4.1，用于设置控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算实时负载电阻；
实时负载率计算单元4.2，用于设置控制模块计算实时负载电阻与负载满载电阻的比值，设定为实时负载率；
备用驱动芯片控制单元4.3，用于设置控制模块根据实时负载率大小控制备用驱动芯片的使能与否；备用驱动芯片控制单元4.3包括：
负载率上下限设定子单元，用于设置控制模块设定下限负载率和上限负载率，且下限负载率第一上限负载率；
负载率区间判断子单元，用于设置控制模块判断实时负载率处于下限负载率与上限负载率的区间；
使能失效控制子单元，用于当实时负载率低于下限负载率时，设置控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效；
使能生效控制子单元，用于当实时负载率高于上限负载率时，设置控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能生效；
原有状态保持子单元，用于当实时负载率处于下限负载率与上限负载率之间时，设置控制模块控制原有备用驱动芯片的状态不变。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于同步整流提升服务器电源效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.获取服务器电源模块PSU现有整流用的MOS晶体管，并将整流用MOS晶体管设置为主MOS晶体管和备MOS晶体管；
S2.在控制模块与整流用MOS晶体管之间设置备用驱动芯片，对原驱动芯片驱动的MOS晶体管进行分流，原驱动芯片连接主MOS晶体管，备用驱动芯片连接备MOS晶体管；
S3.控制模块与输出电流侦测模块连接，且设置控制模块与备用驱动芯片的使能管脚连接；
S4.控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算负载电阻，并根据负载电阻大小控制备用驱动芯片的使能与否；步骤S4具体步骤如下：
S41.控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算实时负载电阻；
S42.控制模块计算实时负载电阻与负载满载电阻的比值，设定为实时负载率；
S43.控制模块根据实时负载率大小控制备用驱动芯片的使能与否；具体步骤如下：
S431.控制模块设定下限负载率和上限负载率，且下限负载率低于上限负载率；
S432.控制模块判断实时负载率处于下限负载率与上限负载率的区间；
当实时负载率低于下限负载率时，进入步骤S433；
当实时负载率高于上限负载率时，进入步骤S434；
当实时负载率处于下限负载率与上限负载率之间时，进入步骤S435；
S433.控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效，返回步骤S432；
S434.控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能生效，返回步骤S432；
S435.控制模块控制原有备用驱动芯片的状态不变，返回步骤S432；
步骤S432中，控制模块还记录实时负载率及其获取时间；
步骤S433中，控制模块根据历史负载率记录及负载率获取时间，判断实时负载率低于下限负载率是否大于设定时间段阈值；
若是，控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效，返回步骤S432；
若否，返回步骤S432。
2.如权利要求1所述的基于同步整流提升服务器电源效率的方法，其特征在于，步骤S2中，备用驱动芯片的数量为1个。
3.如权利要求2所述的基于同步整流提升服务器电源效率的方法，其特征在于，步骤S1中，将整流用MOS晶体管均分成两组，一组设置为主MOS晶体管，另一组设置为备MOS晶体管。
4.如权利要求1所述的基于同步整流提升服务器电源效率的方法，其特征在于，控制模块采用DSP数字信号处理器；
步骤S3中，控制模块通过GPIO管脚与备用驱动芯片的使能管脚连接。
5.一种基于同步整流提升服务器电源效率的装置，其特征在于，包括：
MOS晶体管分组模块(1)，用于获取服务器电源模块PSU现有整流用的MOS晶体管，并将整流用MOS晶体管设置为主MOS晶体管和备MOS晶体管；
备用驱动芯片设置模块(2)，用于在控制模块与整流用MOS晶体管之间设置备用驱动芯片，对原驱动芯片驱动的MOS晶体管进行分流，原驱动芯片连接主MOS晶体管，备用驱动芯片连接备MOS晶体管；
备用驱动芯片使能控制设置模块(3)，用于设置控制模块与输出电流侦测模块连接，且设置控制模块与备用驱动芯片的使能管脚连接；
备用驱动芯片控制模块(4)，用于设置控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算负载电阻，并根据负载电阻大小控制备用驱动芯片的使能与否；备用驱动芯片控制模块(4)包括：
负载电阻计算单元(4.1)，用于设置控制模块通过输出电流侦测模块实时获取负载电流，计算实时负载电阻；
实时负载率计算单元(4.2)，用于设置控制模块计算实时负载电阻与负载满载电阻的比值，设定为实时负载率；
备用驱动芯片控制单元(4.3)，用于设置控制模块根据实时负载率大小控制备用驱动芯片的使能与否；备用驱动芯片控制单元(4.3)包括：
负载率上下限设定子单元，用于设置控制模块设定下限负载率和上限负载率，且下限负载率第一上限负载率；
负载率区间判断子单元，用于设置控制模块判断实时负载率处于下限负载率与上限负载率的区间；
使能失效控制子单元，用于当实时负载率低于下限负载率时，设置控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效；
使能生效控制子单元，用于当实时负载率高于上限负载率时，设置控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能生效；
原有状态保持子单元，用于当实时负载率处于下限负载率与上限负载率之间时，设置控制模块控制原有备用驱动芯片的状态不变；
控制模块还记录实时负载率及其获取时间；
控制模块根据历史负载率记录及负载率获取时间，判断实时负载率低于下限负载率是否大于设定时间段阈值；若是，控制模块通过GPIO管脚控制备用驱动芯片的使能失效。
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