CN111917399B - 一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路及控制方法，涉及服务器系统设计领域。控制电路包括信号指示电路、控制隔离电路和储能电路；信号指示电路采用逻辑与门电路，输入端连接多路掉电监测信号，输出端与控制隔离电路的输入端连接，当任何一路掉电监测信号为低电平时输出低电平给控制隔离电路；控制隔离电路的输出端连接直流电源芯片的使能端，控制隔离电路通过两级MOS管对信号指示电路的输出信号进行控制隔离；储能电路的输出端与控制隔离电路连接，为控制隔离电路的MOS管工作提供储备电源。本发明有效解决了板卡异常掉电时，直流电源芯片因为供电端和使能端掉电时序引起的输出电压上冲问题，避免了因上冲电压导致元器件损坏的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及服务器系统设计领域，具体来说涉及一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路及控制方法。
背景技术
随着大数据、云计算和人工智能等技术的兴起，对服务器的需求量越来越大，相应的对其要求也越来越高。服务器的应用越来越普遍，已经不在局限于大型服务器数据中心，也逐渐走进了大中小企业的机房，对应的服务器的应用环境也越来越复杂。在服务器的日常使用中，有时会遇到停电等突发情况的发生，一般服务器在这种突发情况下无法正常关机，而是由于电源供应器突然掉电，进而导致整个服务器异常掉电关机。
现有的服务器供电中，当电源供应器异常掉电时，电源供应器输出给主板的电压通常会直接掉电。由于电压掉电时间很短，主板无法正常执行关机时序，导致主板上所有直流电源都执行异常掉电。在发生异常掉电时，大部分电源和信号的掉电过程都是不受控制的，甚至部分直流电源输出电压Vout会异常上冲，如图1、图2中所示。电源供应器异常掉电时产生电压异常上冲的主要原因在于，有些直流电源芯片的内部设计中，涉及到的电源VCC端掉电速度比使能Enable端快，从而导致电源芯片内部异常，输出电压先异常上冲再掉电。而当输出电压上冲幅度较大时，会产生烧毁主板元件或者芯片的风险。
发明内容
本发明实施例提供一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路及控制方法，通过对板卡直流电源使能端的控制，使得使能信号在异常掉电的第一时间从高电平状态变为低电平，避免输出电压上冲的问题。
为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：
本发明一方面提供一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路，包括信号指示电路、控制隔离电路和储能电路；
所述信号指示电路采用逻辑与门电路，其输入端连接多路掉电监测信号，输出端与控制隔离电路的输入端连接，当任何一路掉电监测信号为低电平时，信号指示电路输出低电平给控制隔离电路；
所述控制隔离电路的输出端连接直流电源芯片的使能端，控制隔离电路通过两级MOS管对信号指示电路的输出信号进行控制和隔离；
所述储能电路的输出端与控制隔离电路连接，用于为控制隔离电路的MOS管工作提供储备电源。
作为优选，所述信号指示电路为两个或两个以上二极管组成的与门电路。信号指示电路的输入端连接多路掉电监测信号，任何一路监测信号为低电平时，下一级控制隔离电路立即启动，避免异常掉电时因单个监测信号掉电较慢而导致整个电路无法有效启动。
进一步的，所述控制隔离电路包括第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管的源极与直流电源芯片的使能端连接，栅极与第二MOS管的源极连接，第二MOS管的栅极与二极管的阳极连接。控制隔离电路还包括3.3V电源，以及分别与第一MOS管和第二MOS管相对应适配的第一上拉电阻和第二上拉电阻。当掉电监测信号出现低电平时，通过第二MOS管和第一MOS管的两级反向，可迅速将直流电源芯片的使能端信号拉低，并且采用两级MOS控制可以有效隔离前后控制信号，避免两个信号之间互相干扰。
进一步的，所述储能电路包括二极管和电容，二极管的阳极与3.3V电源连接，二极管的阴极一方面与电容连接，另一方面与第一上拉电阻和第二上拉电阻的一端连接。当3.3V电源掉电的时候，电容储存的能量可以保证第一MOS管和第二MOS管工作足够长时间，保证直流电源芯片的使能端信号一直拉低。
本发明另一方面，提供一种用于控制如上所述的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
选取电源控制器的多路掉电监测信号作为输入信号；
将多路输入信号通过二极管与门进行逻辑与运算后，输出至两级MOS管进行信号控制和隔离，然后将信号输出至直流电源芯片的使能端；
通过电容储能电源为两级MOS管提供储备电能以维持掉电后两级MOS管的工作时间。
作为优选，上述控制方法中，所述电源控制器的掉电监测信号选取Power OK端输出信号和Power good端输出信号。
进一步的，所述MOS管为N型MOS管，每个MOS管对应设有电源和上拉电阻。
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：
本申请实施例提供的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路及控制方法，选取电源控制器的多路掉电监测信号作为输入信号，然后将多路输入信号通过二极管与门进行逻辑与运算后输出给控制隔离电路，控制隔离电路通过两级MOS管进行信号控制和隔离后，将信号输出至直流电源芯片的使能端，储能电源为MOS管提供储备电能维持其工作时间。本实施例选取多路掉电监测信号作为输入信号，任何一路输入信号为低电平时，下一级控制隔离电路立即启动，确保整个电路的快速有效启动；使用两级MOS管对输入信号进行反向控制和隔离，避免了前后信号的相互干扰；为保证板卡掉电后控制隔离电路的正常工作，设置电容储能电源给MOS管供电，保证将直流电源芯片的使能端信号一直拉低。本发明有效解决了板卡异常掉电时，直流电源芯片因为供电端和使能端掉电时序引起的输出电压上冲问题，避免了因上冲电压导致元器件损坏的问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1为现有的直流电源芯片示意图；
图2为现有电源供应器异常掉电时直流电源输出电压上冲时序图；
图3为本申请实施例提供的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路结构示意图；
图4为图3中一种增强异常掉电可靠性时序控制电路的一种电路图；
图5为本申请实施例电源供应器异常掉电时直流电源输出电压时序图；
图6为本申请实施例一种增强异常掉电可靠性的时序控制方法流程图。
具体实施方式
为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。
为了方便对实施例的理解，下面对实施例中涉及的缩略词和关键术语予以解释和说明。
PSU：Power supply unit，电源供应器；
MOS：Metal-Oxide-Semiconductor，MOSFET的缩写，场效应管；
DC：Direct Current，直流。
图3示出了本申请实施例提供的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路结构示意图；图4示出了图3中时序控制电路的其中一种具体电路图。
如图3、图4所示，本实施例的时序控制电路包括信号指示电路1、控制隔离电路2和储能电路3；
信号指示电路1采用逻辑与门电路，其输入端连接PSU的多路掉电监测信号，输出端与控制隔离电路的输入端连接，当任何一路掉电监测信号为低电平时，信号指示电路输出低电平给控制隔离电路；
控制隔离电路2的输出端连接DC电源芯片的使能端，控制隔离电路通过两级MOS管对信号指示电路的输出信号进行控制和隔离；
储能电路3的输出端与控制隔离电路连接，用于为控制隔离电路的MOS管工作提供储备电源。
具体的，信号指示电路1采用两个或两个以上二极管组成的与门电路。信号指示电路1的输入端连接多路掉电监测信号，任何一路监测信号为低电平时，下一级控制隔离电路立即启动，避免异常掉电时因单个监测信号掉电较慢而导致整个电路无法有效启动。在本实施例中，选用二极管D1与D2组成逻辑与门电路，对应监测信号选用PSU的Power OK端信号PSU_PWR_OK，以及主板热插拔线路的Power good端信号P12V_PWRGD。PSU_PWR_OK信号是PSU的输出状态指示，PSU输出正常电压12V时，PSU_PWR_OK信号变高电平，PSU输出电压下降到输出阈值以下时，PSU_PWR_OK信号变低电平，当PSU掉电时，PSU_PWR_OK信号变为低电平；P12V_PWRGD信号是主板热插拔线路信号，PSU输出12V电压到主板后，经过热插拔线路转换成P12V给主板上其他DC电源供电，当P12V电压上升到阈值以上时，P12V_PWRGD信号变高电平，P12V掉电到阈值以下时，P12V_PWRGD变低电平，当PSU掉电时，P12V下降到阈值以下，P12V_PWRGD变为低电平。PSU_PWR_OK与P12V_PWRGD信号是PSU掉电后电源下降过程中最早掉电的两个指示信号，确保异常掉电情况发生时控制隔离电路的立即启动及DC电源的Enable信号迅速被拉低。
进一步的，如图4所示，控制隔离电路2包括第一MOS管Q1和第二MOS管Q2，第一MOS管的源极与直流电源芯片的使能端连接，栅极与第二MOS管的源极连接，第二MOS管的栅极与二极管的阳极连接。控制隔离电路2还包括3.3V电源，以及分别与第一MOS管和第二MOS管相对应适配的第一上拉电阻R1和第二上拉电阻R2。当掉电监测信号出现低电平时，通过第二MOS管和第一MOS管的两级反向，可迅速将直流电源芯片的使能端信号拉低，并且采用两级MOS管控制可以有效隔离前后控制信号，避免两个信号之间互相干扰。
更具体来说，储能电路3包括二极管D3和电容C1，二极管的阳极与3.3V电源连接，二极管的阴极一方面与电容连接，另一方面与第一上拉电阻和第二上拉电阻的一端连接。当3.3V电源掉电的时候，电容储存的能量可以保证第一MOS管和第二MOS管工作足够长时间，保证直流电源芯片的使能端信号一直拉低。C1电容值的大小，可根据主板掉电的时间进行选择，掉电时间越长，对应选用C1的电容值越大。需要说明的是，本设计中R1、R2的电阻值和C1的电容值根据实际需要调整，保证在PSU掉电时，整个电路能够工作到主板电源下降到安全电压以下。图5示出了采用本申请实施例提供的的时序控制电路后，电源供应器异常掉电时直流电源输出电压时序图。
图6示出了本申请实施例一种增强异常掉电可靠性的时序控制方法流程图，本控制方法用于控制如上所述的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路，所述方法包括以下步骤：
S1、选取电源控制器的多路掉电监测信号作为输入信号；
S2、将多路输入信号通过二极管与门进行逻辑与运算后，输出至两级MOS管进行信号控制和隔离，然后将信号输出至直流电源芯片的使能端；
S3、通过电容储能电源为两级MOS管提供储备电能以维持掉电后两级MOS管的工作时间。
上述控制方法中，所述MOS管采用N型MOS管。本控制方法与前述实施例提供的供电时序电路具有相同的技术效果。
本实施例的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路及控制方法，选用PSU掉电时最早掉电的两个信号作为掉电监测信号，并采用逻辑与的电路设计，保证任何一个监测信号为低电平时，下一级控制隔离电路立即启动。采用两级MOS管对输入信号进行反向控制和隔离，有效避免了前后信号的相互干扰。采用二极管和电容组成储能电源，保证控制隔离电路工作足够长的时间，直到主板掉电完成。本实施例方案使得直流电源芯片的使能端信号在异常掉电的第一时间从高电平有效状态变成低电平，避免了因供电端和使能端掉电时序引起的输出电压上冲问题，防止了因上冲电压导致的芯片或元器件损坏。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下所作的任何修改、改进和等同替换等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路，其特征在于，包括信号指示电路、控制隔离电路和储能电路；
所述信号指示电路采用逻辑与门电路，输入端连接多路掉电监测信号，输出端与控制隔离电路的输入端连接，当任何一路掉电监测信号为低电平时，信号指示电路输出低电平给控制隔离电路；
所述控制隔离电路的输出端连接直流电源芯片的使能端，控制隔离电路通过两个MOS管对信号指示电路的输出信号进行控制和隔离；
所述储能电路的输出端与控制隔离电路连接，用于为控制隔离电路的MOS管提供储备电源；
所述信号指示电路为两个或两个以上二极管组成的与门电路，任何一路监测信号为低电平时，下一级控制隔离电路立即启动，避免异常掉电时因单个监测信号掉电较慢而导致整个电路无法有效启动，具体的：
选用二极管D1与D2组成逻辑与门电路，对应监测信号选用PSU的Power OK端信号PSU_PWR_OK，以及主板热插拔线路的Power good端信号P12V_PWRGD；PSU_PWR_OK信号是PSU的输出状态指示，PSU输出正常电压12V时，PSU_PWR_OK信号变高电平，PSU输出电压下降到输出阈值以下时，PSU_PWR_OK信号变低电平，当PSU掉电时，PSU_PWR_OK信号变为低电平；P12V_PWRGD信号是主板热插拔线路信号，PSU输出12V电压到主板后，经过热插拔线路转换成P12V给主板上其他DC电源供电，当P12V电压上升到阈值以上时，P12V_PWRGD信号变高电平，P12V掉电到阈值以下时，P12V_PWRGD变低电平，当PSU掉电时，P12V下降到阈值以下，P12V_PWRGD变为低电平；PSU_PWR_OK与P12V_PWRGD信号是PSU掉电后电源下降过程中最早掉电的两个指示信号，确保异常掉电情况发生时控制隔离电路的立即启动及DC电源的Enable信号迅速被拉低；
所述控制隔离电路包括第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管的源极与直流电源芯片的使能端连接，栅极与第二MOS管的源极连接，第二MOS管的栅极与二极管的阳极连接，所述控制隔离电路还包括电源，以及分别与第一MOS管和第二MOS管相对应的第一上拉电阻和第二上拉电阻；
当掉电监测信号出现低电平时，通过第二MOS管和第一MOS管的两级反向，迅速将直流电源芯片的使能端信号拉低，隔离前后控制信号；
所述储能电路包括二极管和电容，二极管的阳极与所述电源连接，二极管的阴极一方面与电容连接，另一方面与第一上拉电阻和第二上拉电阻的一端连接；
储能电路包括二极管D3和电容C1，当电源掉电的时候，电容储存的能量可以保证第一MOS管和第二MOS管工作足够长时间，保证直流电源芯片的使能端信号一直拉低；C1电容值的大小根据主板掉电的时间选择，掉电时间越长，选用C1的电容值越大。
2.根据权利要求1所述的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路，其特征在于，所述电源电压为3.3V。
3.一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至2任一项所述的时序控制电路，所述控制方法包括以下步骤：
选取电源控制器的多路掉电监测信号作为输入信号；
将多路输入信号通过二极管与门进行逻辑与运算后，输出至两级MOS管进行信号控制和隔离，然后将信号输出至直流电源芯片的使能端；
通过电容储能电源为两级MOS管提供储备电能以维持掉电后两级MOS管的工作时间。
4.根据权利要求3所述的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路的控制方法，其特征在于，所述电源控制器的掉电监测信号为Power OK端输出信号和Power good端输出信号。
5.根据权利要求3所述的一种增强异常掉电可靠性的时序控制电路的控制方法，其特征在于，所述MOS管为N型MOS管，每个MOS管对应设有电源和上拉电阻。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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