CN111367395A - 一种对cpu安全供电的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对CPU安全供电的方法和装置，该方法包括：由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息；由电压调节转换器经过电流侦测器获取来自电压源的输入电压，使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息；由控制器从电流侦测器和电压调节转换器分别接收电流信息和温度信息，并基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令。本发明能够在过流或过热时及时中断电源，防止发生意外。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，更具体地，特别是指一种对CPU安全供电的方法和装置。
背景技术
伴随着互联网的快速发展，云计算技术的不断兴起，网上业务量不断增加。对机房服务器的供电可靠性越来越高。由于客户的网上业务一般是持续进行的，一旦服务器宕机或掉电，将会中断业务、丢失交易数据，给客户带来损失。
机房一般无人值守，通常服务器主板CPU(中央处理器)或内存的VR(电压掉节气)的输入端的Power stage(功率极)在失效后，Power stage内部MOS(场效应管)的DS(漏-源)极短路，会在成上下MOS管同时导通，流过MOS电流急剧变大，从而造成MOS管烧坏，引起PCB(印刷电路板)温度过高，超出PCB材料着火点，引发冒烟甚至会出现明火的致命风险。这对于服务器机房的安全是致命的。
针对现有技术中功率极过热引发短路火灾的问题，目前尚无有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种对CPU安全供电的方法和装置，能够在过流或过热时及时中断电源，防止发生意外。
基于上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种对CPU安全供电的方法，包括执行以下步骤：
由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息；
由电压调节转换器经过电流侦测器获取来自电压源的输入电压，使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息；
由控制器从电流侦测器和电压调节转换器分别接收电流信息和温度信息，并基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令。
在一些实施方式中，由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息包括：
从电压源获取输入电压并使回路电流流经输入电感；
使用电阻-电容支路并联到输入电感两端；
以电压的形式从电阻-电容支路的电容两端输出电流信息。
在一些实施方式中，电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息包括：电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式通过内部集成电路输出功率级的温度信息。
在一些实施方式中，由控制器从电流侦测器接收电流信息和温度信息，基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令包括：
响应于由控制器的电流检测芯片基于电流信息确定回路电流大于过流阈值，而将过流保护信号置为高电平，否则置为低电平；
响应于由控制器的基板管理控制器基于温度信息确定功率级的温度大于过热阈值，而将过热保护信号置为高电平，否则置为低电平；
响应于由控制器的或门对过流保护信号和过热保护信号进行或运算输出高电平，而向电压源输出高电平以切断回路。
在一些实施方式中，过流阈值为CPU的最大工作电流的1.3倍；过热阈值基于功率级工作温度范围确定。
本发明实施例的第二方面提供了一种对CPU安全供电的装置，包括：
电流侦测器，连接到电压源以从电压源获取输入电压，并配置为使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息；
电压调节转换器，包括相互连接的功率极和电压转换控制器，功率极连接到电流侦测器以经过电流侦测器获取来自电压源的输入电压，功率极配置为使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息；
控制器，连接到电流侦测器和电压调节控制器以从电流侦测器和电压调节转换器分别接收电流信息和温度信息，并配置为基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令。
在一些实施方式中，电流侦测器包括输入电感和电阻-电容支路；电流侦测器配置为从电压源获取输入电压并使回路电流流经输入电感，并将电阻-电容支路并联到输入电感两端，然后以电压的形式从电阻-电容支路的电容两端输出电流信息。
在一些实施方式中，电压调节控制器进一步配置为持续检测并以数据信号的形式通过内部集成电路输出功率级的温度信息。
在一些实施方式中，控制器包括电流检测芯片、基板管理控制器、和或门；电流检测芯片配置为响应于基于电流信息确定回路电流大于过流阈值，而将过流保护信号置为高电平，否则置为低电平；基板管理控制器配置为响应于基于温度信息确定功率级的温度大于过热阈值，而将过热保护信号置为高电平，否则置为低电平；或门配置为响应于对过流保护信号和过热保护信号进行或运算输出高电平，而向电压源输出高电平以切断回路。
在一些实施方式中，过流阈值为CPU的最大工作电流的1.3倍；过热阈值基于功率级工作温度范围确定。
本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的对CPU安全供电的方法和装置，通过由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息；由电压调节转换器经过电流侦测器获取来自电压源的输入电压，使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息；由控制器从电流侦测器和电压调节转换器分别接收电流信息和温度信息，并基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令的技术方案，能够在过流或过热时及时中断电源，防止发生意外。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明提供的对CPU安全供电的方法的流程示意图；
图2为本发明提供的对CPU安全供电的方法的总体架构示意图；
图3为本发明提供的对CPU安全供电的方法的具体部件连接关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种能够在过流或过热时及时中断电源的方法的一个实施例。图1示出的是本发明提供的对CPU安全供电的方法的流程示意图。
所述的对CPU安全供电的方法，如图1所示，包括执行以下步骤：
步骤S101：由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息；
步骤S103：由电压调节转换器经过电流侦测器获取来自电压源的输入电压，使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息；
步骤S105：由控制器从电流侦测器和电压调节转换器分别接收电流信息和温度信息，并基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令。
本发明利用输入电感来检测VR输入端的电流，并做出过流判断，控制PSU关断供电；同时利用Power stage内部温度侦测信号，并通过BMC做出过温判断，控制PSU关断供电。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。所述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
在一些实施方式中，由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息包括：
从电压源获取输入电压并使回路电流流经输入电感；
使用电阻-电容支路并联到输入电感两端；
以电压的形式从电阻-电容支路的电容两端输出电流信息。
在一些实施方式中，电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息包括：电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式通过内部集成电路输出功率级的温度信息。
在一些实施方式中，由控制器从电流侦测器接收电流信息和温度信息，基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令包括：
响应于由控制器的电流检测芯片基于电流信息确定回路电流大于过流阈值，而将过流保护信号置为高电平，否则置为低电平；
响应于由控制器的基板管理控制器基于温度信息确定功率级的温度大于过热阈值，而将过热保护信号置为高电平，否则置为低电平；
响应于由控制器的或门对过流保护信号和过热保护信号进行或运算输出高电平，而向电压源输出高电平以切断回路。
在一些实施方式中，过流阈值为CPU的最大工作电流的1.3倍；过热阈值基于功率级工作温度范围确定。
根据本发明实施例公开的方法还可以被实现为由CPU(中央处理器)执行的计算机程序，该计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中。在该计算机程序被CPU执行时，执行本发明实施例公开的方法中限定的上述功能。上述方法步骤以及系统单元也可以利用控制器以及用于存储使得控制器实现上述步骤或单元功能的计算机程序的计算机可读存储介质实现。
如图2所示PSU输入VIN到服务器主板，经输入电感滤波，然后经CPU的VR电压转换，给CPU供电。在输入电感两端拉出一对电流侦测信号，通过电感DCR将电流信号转换为电压信号反馈至电流侦测单元。电流侦测单元会依据接收到的电流数据，做出判断：当侦测到的电流值超出电流侦测单元设定的电流上限值，输出控制信号OCP(OCP为高电平时，表示过流)。
在CPU VR单元，VR控制器输出PWM信号来控制Power stage做开关变换，输出CPU供电电压。Power stage会将内部侦测的温度信号反馈给VR控制器，然后VR控制器会通过I2C总线将温度数据反馈至BMC。BMC接收到温度数据后，会做出判断：当接收到的温度值超出BMC设定的温度上限时，输出控制信号OTP(OTP为高电平时，表示过温)。
最后，将OCP和OTP信号通过逻辑门做“或”运算后，输出PSON信号，控制PSU关断。从而，实现对CPU VR的输入端部分的保护，防止Power stage烧坏继而引发烧板。
下面根据图3所示的具体实施例进一步阐述本发明的具体实施方式。
电路包括输入电流检测、VR转换、控制三个部分。为构建该电路，首先根据主板的配置情况(要支持CPU的最大功率及型号)，评估出服务器主板系统CPU VR输入和输出端的最大电流值，然后依据最大电流值选择合适的输入电感。依据输入电感的感量值和DCR，选择合适的电流侦测芯片方案(比如：MAX34411)，并确定R和C的设计值。同时按照输入端的最大电流值1.3倍，设定电流检测单元的过流保护点。根据CPU VR输出端的最大电流值，选择合适的VR转换方案：包含VR控制器和Power stage及数量，并将VR控制器的I2C与BMC互联。最后将BMC输出的OTP信号和电流检测芯片输出的OCP信号作为逻辑或门输入，将逻辑或门的输出连至PSU的PSON信号引脚。
电路在工作时，输入电流侦测线路是通过RC支路并联在输入电感Lin两端，然后从C两端拉出差分信号反馈至电流侦测单元。按照该电路的S等效模型有如下关系式：
(Lin*S+DCR)*I＝Ui…(1)
(1/CS)*Ui/(R+1/CS)＝Uc…(2)
结合公式(1)和(2)可得出以下关系式：
Uc＝I*(Lin*S/DCR+1)/(RCS+1)…(3)
其中Lin为输入电感的感值，DCR为输入电感直流阻抗，Ui为输入电感两端电压，Uc为反馈至电流侦测芯片的电压信号，R和C依次为RC支路上的阻值和容值。依据公式(3)，当且仅当满足以下关系式时：
Lin/DCR＝RC…(4)
Uc＝I.
即电容C两端侦测到的电压信号Uc为流过电感的电流值。
如图3所示，VR转换部分包含：输入电容、VR控制器、Power stage、输出电感和输出电容。实现电压转换功能。控制部分有BMC、电流检测单元、逻辑门组成，用来对接收到的电流和温度信号进行判断、处理产生控制信号，控制服务器系统PSU关断。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的对CPU安全供电的方法，通过由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息；由电压调节转换器经过电流侦测器获取来自电压源的输入电压，使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息；由控制器从电流侦测器和电压调节转换器分别接收电流信息和温度信息，并基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令的技术方案，能够在过流或过热时及时中断电源，防止发生意外。
需要特别指出的是，上述对CPU安全供电的方法的各个实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于对CPU安全供电的方法也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
基于上述目的，本发明实施例的第二个方面，提出了一种能够在过流或过热时及时中断电源的装置的一个实施例。对CPU安全供电的装置包括：
电流侦测器，连接到电压源以从电压源获取输入电压，并配置为使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息；
电压调节转换器，包括相互连接的功率极和电压转换控制器，功率极配置为连接到电流侦测器以经过电流侦测器获取来自电压源的输入电压，功率极使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息；
控制器，连接到电流侦测器和电压调节控制器以从电流侦测器和电压调节转换器分别接收电流信息和温度信息，并配置为基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令。
在一些实施方式中，电流侦测器包括输入电感和电阻-电容支路；电流侦测器配置为从电压源获取输入电压并使回路电流流经输入电感，并将电阻-电容支路并联到输入电感两端，然后以电压的形式从电阻-电容支路的电容两端输出电流信息。
在一些实施方式中，电压调节控制器进一步配置为持续检测并以数据信号的形式通过内部集成电路输出功率级的温度信息。
在一些实施方式中，控制器包括电流检测芯片、基板管理控制器、和或门；电流检测芯片配置为响应于基于电流信息确定回路电流大于过流阈值，而将过流保护信号置为高电平，否则置为低电平；基板管理控制器配置为响应于基于温度信息确定功率级的温度大于过热阈值，而将过热保护信号置为高电平，否则置为低电平；或门配置为响应于对过流保护信号和过热保护信号进行或运算输出高电平，而向电压源输出高电平以切断回路。
在一些实施方式中，过流阈值为CPU的最大工作电流的1.3倍；过热阈值基于功率级工作温度范围确定。
从上述实施例可以看出，本发明实施例提供的对CPU安全供电的装置，通过由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于输入电压在回路中生成的电流信息；由电压调节转换器经过电流侦测器获取来自电压源的输入电压，使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出功率级的温度信息；由控制器从电流侦测器和电压调节转换器分别接收电流信息和温度信息，并基于电流信息指示回路过流或温度信息指示功率级过热而向电压源输出切断回路的命令的技术方案，能够在过流或过热时及时中断电源，防止发生意外。
需要特别指出的是，上述对CPU安全供电的装置的实施例采用了所述对CPU安全供电的方法的实施例来具体说明各模块的工作过程，本领域技术人员能够很容易想到，将这些模块应用到所述对CPU安全供电的方法的其他实施例中。当然，由于所述对CPU安全供电的方法实施例中的各个步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换之于所述对CPU安全供电的装置也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种对CPU安全供电的方法，其特征在于，包括执行以下步骤：
由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于所述输入电压在回路中生成的电流信息；
由电压调节转换器经过所述电流侦测器获取来自所述电压源的所述输入电压，使用电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制功率级的开关变换以将所述输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时所述电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出所述功率级的温度信息；
由控制器从所述电流侦测器和所述电压调节转换器分别接收所述电流信息和所述温度信息，并基于所述电流信息指示回路过流或所述温度信息指示所述功率级过热而向所述电压源输出切断回路的命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由电流侦测器从电压源获取输入电压，并使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于所述输入电压在回路中生成的电流信息包括：
从所述电压源获取所述输入电压并使回路电流流经输入电感；
使用电阻-电容支路并联到所述输入电感两端；
以电压的形式从所述电阻-电容支路的电容两端输出所述电流信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出所述功率级的温度信息包括：所述电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式通过内部集成电路输出所述功率级的温度信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由控制器从所述电流侦测器接收所述电流信息和所述温度信息，基于所述电流信息指示回路过流或所述温度信息指示所述功率级过热而向所述电压源输出切断回路的命令包括：
响应于由所述控制器的电流检测芯片基于所述电流信息确定回路电流大于过流阈值，而将过流保护信号置为高电平，否则置为低电平；
响应于由所述控制器的基板管理控制器基于所述温度信息确定所述功率级的温度大于过热阈值，而将过热保护信号置为高电平，否则置为低电平；
响应于由所述控制器的或门对所述过流保护信号和所述过热保护信号进行或运算输出高电平，而向所述电压源输出高电平以切断回路。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述过流阈值为CPU的最大工作电流的1.3倍；所述过热阈值基于所述功率级工作温度范围确定。
6.一种对CPU安全供电的装置，其特征在于，包括：
电流侦测器，连接到电压源以从所述电压源获取输入电压，并配置为使用电感的直流电阻以电压的形式提取基于所述输入电压在回路中生成的电流信息；
电压调节转换器，包括相互连接的功率极和电压转换控制器，所述功率极连接到所述电流侦测器以经过所述电流侦测器获取来自所述电压源的所述输入电压，所述功率极配置为使用所述电压调节控制器提供的脉宽调制信号控制所述功率级的开关变换以将所述输入电压转化为供应到CPU的输出电压，同时所述电压调节控制器持续检测并以数据信号的形式输出所述功率级的温度信息；
控制器，连接到所述电流侦测器和所述电压调节控制器以从所述电流侦测器和所述电压调节转换器分别接收所述电流信息和所述温度信息，并配置为基于所述电流信息指示回路过流或所述温度信息指示所述功率级过热而向所述电压源输出切断回路的命令。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电流侦测器包括输入电感和电阻-电容支路；所述电流侦测器配置为从所述电压源获取所述输入电压并使回路电流流经所述输入电感，并将所述电阻-电容支路并联到所述输入电感两端，然后以电压的形式从所述电阻-电容支路的电容两端输出所述电流信息。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压调节控制器进一步配置为持续检测并以数据信号的形式通过内部集成电路输出所述功率级的温度信息。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器包括电流检测芯片、基板管理控制器、和或门；所述电流检测芯片配置为响应于基于所述电流信息确定回路电流大于过流阈值，而将过流保护信号置为高电平，否则置为低电平；所述基板管理控制器配置为响应于基于所述温度信息确定所述功率级的温度大于过热阈值，而将过热保护信号置为高电平，否则置为低电平；所述或门配置为响应于对所述过流保护信号和所述过热保护信号进行或运算输出高电平，而向所述电压源输出高电平以切断回路。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述过流阈值为CPU的最大工作电流的1.3倍；所述过热阈值基于所述功率级工作温度范围确定。
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