CN111857222B - 一种电源调节电压的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种电源调节电压的系统，包括待调节模块、与待调节模块相连的电源节点、调压开关通道和调压模块；调压模块接收待调节模块发送的调压信号，通过调压模块调节充放电控制调压开关通道的开通或关闭，进而调节待调节模块电压的变化；电源节点为调压模块和待调节模块提供电源；调压模块的输入端与电源节点相连；调压模块的输出端通过调压开关通道与待调节模块相连。系统还包括电压反馈模块；电压反馈模块用于实时反馈调节后的输出电压；电压反馈模块的输入端与待调节模块相连，输出端与调压模块相连。本发明可有效的解决高密度板卡芯片因功耗需求所带来的调压需求，较小的空间内和较少的电源芯片条件下，实现芯片的调压设计，降低成本。

Description

一种电源调节电压的系统
技术领域
本发明属于服务器电源调节设计技术领域，特别涉及一种电源调节电压的系统。
背景技术
伴随云计算、AI智能、大数据等新型互联网技术的发展，高集成的芯片和高密度的板卡应运而生，高密板卡意味着器件紧张的空间，高集成的芯片带来更强大的功能，也需要更多的功率输入和多电压供电来满足不同的功率需求。当IC需要运行于高功率时，输入电压就相应的提高，再同等的电流下，电源所提供的功率就会更高；当IC需要运行于低功率时，输入电压就可相应的降低，IC本身功耗降低的同时，也降低了路径上的损耗，节省了电能。当IC需要多电压供电时，就需要对应的独立的调压芯片，无法与其他电源共享，较多的电源芯片会增加板卡的器件密度，带来较多的散热压力和布局压力等。
如图1给出了现有技术中电源调压供电连接示意图，现有方案中，VR电源通过VID总线(Voltage Identification,电压识别总线)与芯片IC通讯调压信息进行调压，每一个VR调压电源对应一个芯片。该芯片的固定电压供电由其他独立VR电源进行供电，与调压电源彼此不能共用。现有技术中，每个IC芯片的调压电源及其与固定电压电源彼此独立，不能共用。在高密度板卡中，空间拥挤，走线困难，芯片使用成本也较高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种电源调节电压的系统，解决在高密度板卡芯片因功耗需求所带来的调压需求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电源调节电压的系统，包括待调节模块、与待调节模块相连的电源节点、调压开关通道和调压模块；
所述调压模块接收待调节模块发送的调压信号，通过调压模块调节充放电控制调压开关通道的开通或关闭，进而调节待调节模块电压的变化；所述电源节点为调压模块和待调节模块提供电源；
所述调压模块的输入端与电源节点相连；所述调压模块的输出端通过调压开关通道与待调节模块相连。
进一步的，所述系统还包括电压反馈模块；
所述电压反馈模块用于实时反馈调节后的输出电压；
所述电压反馈模块的输入端与待调节模块相连，输出端与调压模块相连。
进一步的，通过调压模块调节充放电的速度，控制调压开关通道开通或关闭速度，进而调节待调节模块的电压变化的速度。
进一步的，所述调压开关通道采用N沟道MOS管。
进一步的，所述调压模块包括控制逻辑模块、充电电荷泵和放电电荷泵；
所述控制逻辑模块分别与充电电荷泵的输入端和放电电荷泵的输入端相连；所述充电电荷泵的输入端还连接电源节点；所述充电电荷泵的输出端连接 N沟道MOS管的栅极；
所述放电电荷泵的输入端还连接N沟道MOS管的栅极；所述放电电荷泵的输出端接地；所述N沟道MOS管的漏极连接电源节点，源极连接待待调节模块。
进一步的，当待调节模块处于正常工作，所述控制逻辑模块接收待调节模块发送的正产工作的VID信号，进而驱动充电电荷泵电压升高到N沟道MOS 管导通；待调节模块电压等于电源节点的电压。
进一步的，当待调节模块需要降低电压时，所述控制逻辑模块接收待调节模块发送的降低电压的VID信号，进而驱动充电电荷泵停止工作，同时驱动放电电荷泵泄放电荷，进而降低N沟道MOS管栅极的电压，使N沟道MOS管的导通程度降低，电压反馈模块实时反馈电源节点的输出电压，当输出电压降低到VID信号对应的电压时，驱动放电电荷泵停止泄放电荷，此时，降压后的电压等于VID信号对应的电压。
进一步的，当待调节模块需要升高电压时，所述控制逻辑模块接收待调节模块发送的升高电压的VID信号，进而驱动充电电荷泵充电，提高N沟道MOS 管栅极的电压，使N沟道MOS管的导通程度提高，电压反馈模块实时反馈电源节点的输出电压，当输出电压升高到VID信号对应的电压时，驱动充电电荷泵停止充电，此时，升压后的电压等于VID信号对应的电压。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明提出了一种电源调节电压的系统，该系统包括待调节模块、与待调节模块相连的电源节点、调压开关通道和调压模块；调压模块接收待调节模块发送的调压信号，通过调压模块调节充放电控制调压开关通道的开通或关闭，进而调节待调节模块电压的变化；电源节点为调压模块和待调节模块提供电源；调压模块的输入端与电源节点相连；调压模块的输出端通过调压开关通道与待调节模块相连。系统还包括电压反馈模块；电压反馈模块用于实时反馈调节后的输出电压；电压反馈模块的输入端与待调节模块相连，输出端与调压模块相连。本发明中通过共用一个或多个电源节点，减少电源芯片的数量，降低板卡密度和成本；调压开关通道采用N沟道MOS管，减小高功率需求下的导通损耗；调压模块包括控制逻辑模块、充电电荷泵和放电电荷泵，充电电荷泵可以用来调整MOS管开通的速度，加快电压升压调节的速度；放电电荷泵可以用来调整MOS管关闭的速度，加快电压降压调节的速度。电源电压调节设计具有电压反馈模块，实时反馈当前电压，提高调节电压精度和负载波动时造成的电压不稳定问题；多个电压调压模块协同调压，可以增大电压调节范围，避免单个电源调压时在MOS通道较多的功率损耗。本发明可有效的解决高密度板卡芯片因功耗需求所带来的调压需求，较小的空间内和较少的电源芯片条件下，实现芯片的调压设计，降低成本。
附图说明
如图1为现有技术中电源调压供电连接示意图；
如图2为本发明实施例1电源调压供电连接示意图；
如图3为本发明实施例1电源调压供电电路图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例1
本发明实施例1提出了一种电源调节电压的系统，如图2 给出了本发明实施例1电源调压供电连接示意图。该系统包括待调节模块、与待调节模块相连的电源节点、调压开关通道和调压模块。
调压模块接收待调节模块发送的调压信号，通过调压模块调节充放电控制调压开关通道的开通或关闭，进而调节待调节模块电压的变化；电源节点为调压模块和待调节模块提供电源；调压模块的输入端与电源节点相连；调压模块的输出端通过调压开关通道与待调节模块相连。
系统还包括电压反馈模块；电压反馈模块用于实时反馈调节后的输出电压；
如图3为本发明实施例1电源调压供电电路图。
调压开关通道采用N沟道MOS管。调压模块包括控制逻辑模块、充电电荷泵和放电电荷泵；控制逻辑模块分别与充电电荷泵的输入端和放电电荷泵的输入端相连；控制逻辑模块接收待调节模块发出的VID信号。
充电电荷泵的输入端还连接电源节点A；充电电荷泵的输出端连接N沟道 MOS管的栅极；放电电荷泵的输入端还连接N沟道MOS管的栅极；放电电荷泵的输出端接地；N沟道MOS管的漏极连接电源节点，源极连接待调节模块。
此时，电源节点A的的输出电压范围可覆盖芯片所需的调压范围，当IC 处于正常工作状态，会发送VID信号给控制逻辑模块，当IC处于正常工作状态，会发送VID信号给调压控制逻辑模块给充电电荷泵，充电电荷泵会充电至较高电压，使MOS管完全导通，降低导通压降损耗，该输出电压即为电源A 的输出电压。
当IC芯片需要降低电压时，控制逻辑模块接收IC芯片发送的降低电压的 VID信号，进而驱动充电电荷泵停止工作，同时驱动放电电荷泵泄放电荷，进而降低N沟道MOS管栅极的电压，使N沟道MOS管的导通程度降低，电压反馈模块实时反馈电源节点的输出电压，当输出电压降低到VID信号对应的电压时，驱动放电电荷泵停止泄放电荷，此时，降压后的电压等于VID信号对应的电压。
当IC芯片需要继续调整降低电压，向调压控制逻辑模块发送相应的VID 信号，控制逻辑模块发信号给放电电荷泵，驱动放电电荷泵会继续泄放电荷，继续降低MOS驱动极的电压，使MOS管导通程度继续降低，电源A的电压仍保持不变，经过MOS管后的电压会继续降低，电压反馈模块会实时反馈调节后输出电压，当降到VID信号对应的等级时，驱动极放电电荷泵停止泄放电荷，调压后电压即满足当前VID对应的电压；
当IC芯片需要升高电压时，控制逻辑模块接收待调节模块发送的升高电压的VID信号，进而驱动充电电荷泵充电，提高N沟道MOS管栅极的电压，使 N沟道MOS管的导通程度提高，电压反馈模块实时反馈电源节点的输出电压，当输出电压升高到VID信号对应的电压时，驱动充电电荷泵停止充电，此时，升压后的电压等于VID信号对应的电压。
充电电荷泵和放电电荷泵充放电的速度可调整正电压的速度。
电源A在通过调压后给IC供电的同时，仍满足其他芯片固定电压的用电需求。
实施例2
对于多个电源节点供电的设计，需要与电源节点相同数量的调压模块，充电电荷泵的输入端分别连接电源节点供电输入端，输出端接到MOS管的栅极，放电电荷泵的输入端分别接到MOS管的栅极，输出端接地。
控制逻辑模块分别与充电电荷泵的输入端和放电电荷泵的输入端相连；控制逻辑模块接收待调节模块发出的VID信号。
此时，调压模块同时接到多个电源的输出上，电源输出一般为不同的电压等级，并且按顺序排列，依次降级，这样可以避免单个电源压降过大带来的损耗问题；当IC处于正常工作状态，会发送VID信号给第一个调压控制逻辑模块，电压控制逻辑模块会是根据VID信号，然后该控制逻辑模块发信号给自己的驱动极电荷泵，驱动极电荷泵会充电至较高电压，使MOS管完全导通，该输出电压即为第一电源的输出电压。
当IC芯片需要调整功耗降低电压时，若调压范围仍在第一电源较近的范围时，调压模块仍以第一电源为源头；当IC芯片需要继续调整功耗降低电压时，若调压范围在第二电源较近的范围时，第一电源的MOS通道会根据电压反馈模块的信号，先降到该电压等级；IC芯片给第二电源发VID信号，第二电源则根据VID信号也降到该电压等级；第二电源调整完毕后，IC芯片给第一电源调整模块发VID关闭信号；这样可以实现电压的无缝切换，并避免第一电源因压降过大，带来的MOS通道损耗问题；以此类推，可以在多个电原的供电下，实现较大的电压调节等级。
相反，当IC芯片需要提高功耗升高电压时，向最后一个调压控制逻辑模块发送相应的VID信号，在多个电压调节模块的协同下，逐渐实现升压的调整。
多个电源调压模式也可以采用同一个控制逻辑模块和电压反馈模块，MOS 通道分别对应各自的驱动极充电和放电模块，控制逻辑模块分别接到多个MOS 通道，进一步降低模块的占用空间。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种电源调节电压的系统，其特征在于，包括待调节模块、与待调节模块相连的电源节点、调压开关通道和调压模块；
所述调压模块接收待调节模块发送的调压信号，通过调压模块调节充放电控制调压开关通道的开通或关闭，进而调节待调节模块电压的变化；所述电源节点为调压模块和待调节模块提供电源；
所述调压模块的输入端与电源节点相连；所述调压模块的输出端通过调压开关通道与待调节模块相连；
所述调压开关通道采用N沟道MOS管；
所述调压模块包括控制逻辑模块、充电电荷泵和放电电荷泵；
所述控制逻辑模块分别与充电电荷泵的输入端和放电电荷泵的输入端相连；所述充电电荷泵的输入端还连接电源节点；所述充电电荷泵的输出端连接N沟道MOS管的栅极；
所述放电电荷泵的输入端还连接N沟道MOS管的栅极；所述放电电荷泵的输出端接地；所述N沟道MOS管的漏极连接电源节点，源极连接待调节模块。
2.根据权利要求1所述的一种电源调节电压的系统，其特征在于，所述系统还包括电压反馈模块；
所述电压反馈模块用于实时反馈调节后的输出电压；
所述电压反馈模块的输入端与待调节模块相连，输出端与调压模块相连。
3.根据权利要求2所述的一种电源调节电压的系统，其特征在于，通过调压模块调节充放电的速度，控制调压开关通道开通或关闭速度，进而调节待调节模块的电压变化的速度。
4.根据权利要求1所述的一种电源调节电压的系统，其特征在于，当待调节模块处于正常工作，所述控制逻辑模块接收待调节模块发送的正产工作的VID信号，进而驱动充电电荷泵电压升高到N沟道MOS管导通；待调节模块电压等于电源节点的电压。
5.根据权利要求1所述的一种电源调节电压的系统，其特征在于，当待调节模块需要降低电压时，所述控制逻辑模块接收待调节模块发送的降低电压的VID信号，进而驱动充电电荷泵停止工作，同时驱动放电电荷泵泄放电荷，进而降低N沟道MOS管栅极的电压，使N沟道MOS管的导通程度降低，电压反馈模块实时反馈电源节点的输出电压，当输出电压降低到VID信号对应的电压时，驱动放电电荷泵停止泄放电荷，此时，降压后的电压等于VID信号对应的电压。
6.根据权利要求1所述的一种电源调节电压的系统，其特征在于，当待调节模块需要升高电压时，所述控制逻辑模块接收待调节模块发送的升高电压的VID信号，进而驱动充电电荷泵充电，提高N沟道MOS管栅极的电压，使N沟道MOS管的导通程度提高，电压反馈模块实时反馈电源节点的输出电压，当输出电压升高到VID信号对应的电压时，驱动充电电荷泵停止充电，此时，升压后的电压等于VID信号对应的电压。
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