CN112054678A - 一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统及方法，该系统包括：输入回路、DC/DC电压转换模块、电流监控模块、输入电压切换模块以及输出回路，DC/DC电压转换模块、电流监控模块和输入电压切换模块设置于服务器电源的IC内部。该方法包括：采集服务器电源输出回路中负载端的负载电阻值和电流值；根据电流值获取电流准位监控值；判断电流准位监控值是否小于设定的电流准位阈值；如果是，判定服务器电源处于轻载状态；根据负载电阻值，降低服务器电源的输入电压。通过本申请，能够在轻载状态时，有效提高服务器电源的效率。

Description

一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统及方法
技术领域
本申请涉及服务器电源技术领域，特别是涉及一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统及方法。
背景技术
在典型的服务器中，省电设计是个重要技术。因此，如何对服务器电源进行优化，是个重要的问题。
目前对服务器电源进行优化，从而达到省电目的的方法，通常是在服务器电源中采用POL(point of load converter负载转换器)DC/DC(Direct Current，直流)降压转换器结构。POL的工作原理示意图如图1所示。由图1可知，目前的服务电源POL结构主要是针对上臂MOS(metal oxide semiconductor，金属-氧化物-半导体)管减少开关时间和降低下臂MOS管内部阻抗，来提升电源效率，实现电源优化。
然而，目前对服务器电源进行优化的方法中，无论整个负载处于什么状态，都使用12V做电压转换，这就增加了MOS切换的次数，从而降低服务器电源的效率。而且，DC/DC降压转换器，其功耗的损耗会导致降低服务器电源的整体效率。因此，目前对服务器电源进行优化的方法，使得服务器电源的效率较低。
发明内容
本申请提供了一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统及方法，以解决现有技术中服务器电源效率较低的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统，所述系统包括：
输入回路、DC/DC电压转换模块、电流监控模块、输入电压切换模块以及输出回路，所述DC/DC电压转换模块、电流监控模块和输入电压切换模块设置于服务器电源的IC(integrated circuit，集成电路)内部，所述DC/DC电压转换模块包括：上臂MOS管、下臂MOS管、电压准位比较器和一信号产生控制器；
所述电流监控模块，用于监控流经输出回路负载的电流值，并根据所述电流值生成监控信号发送至输入电压切换模块；
所述输入电压切换模块，用于根据电流监控模块的监控信号，控制输入电压的大小。
可选地，所述电流监控模块包括：精密电阻和电流准位比较器，所述精密电阻设置于输出回路的输出电感和输出电容之间，所述精密电阻的两端分别与所述电流准位比较器的正极输入端和负极输入端连接，所述电流准位比较器的输出端连接所述输入电压切换模块。
可选地，所述输入电压切换模块包括：变压器、开关控制器、第一开关和第二开关，所述开关控制器的输入端与电流准位比较器的输出端连接，所述开关控制器的输出端分别与第一开关和第二开关连接，所述变压器的输入端与IC输入端连接，所述变压器的输出端与DC/DC电压转换模块的输入端连接。
一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系方法，所述方法包括：
采集服务器电源输出回路中负载端的负载电阻值和电流值，所述电流值为电压信号的电流值；
根据所述电流值获取电流准位监控值；
判断所述电流准位监控值是否小于设定的电流准位阈值；
如果是，判定服务器电源处于轻载状态；
根据所述负载电阻值，降低服务器电源的输入电压。
可选地，所述采集服务器电源输出回路中负载端的负载电阻值和电流值，包括：
采集服器电源输出回路中负载端的负载电阻值；
采集负载电阻两端的输入电流，所述负载电阻设置于输出回路的输出电感和输出电容之间。
可选地，所述方法还包括：如果所述电流准位监控值大于等于设定的电流准位阈值，保持原有输入电压不变。
可选地，根据所述负载电阻值，降低服务器电源的输入电压，包括：
根据所述负载电阻值，确定变压器的线圈比例；
根据所述变压器的线圈比例，获取转换后的服务器电源输入电压。
可选地，转换后的服务器电源输入电压大于输出电压。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请提供一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统，该系统除了包括输入回路、输出回路和DC/DC电压转换模块之外，还包括：电流监控模块和输入电压切换模块，通过电流监控模块，能够实时监控到流经输出回路负载的电流值，具体是采集从输出电感和输出电容端得到正端电流信号和负端电流信号，并根据正端电流信号和负端电流信号生成监控信号，从而获取当下电流的使用状态，并将其发送至输入电压切换模块。通过在服务器电源IC内部的输入电压路径上增加输入电压切换模块，代替原本的输入电压为DC/DC电压转换模块的MOS管提供电压，该输入电压切换模块能够根据电流监控模块的监控信号，控制输入电压的大小。当监控到当前处于轻载状态时，能够及时降低输入电压，从而提高服务器电源的效率。
本申请还提供一种基于输入电压对服务器电源进行优化的方法，该方法首先采集服务器电源输出回路中负载端的负载电阻值和电流值，然后根据该电流值获取电流准位监控值，判断该电流准位监控值是否小于设定的电流准位阈值，如果是，判定服务器电源处于轻载状态，根据当前的负载电阻值降低服务器电源的输入电压。本实施例通过及时获取输出回路中负载端电压信号的电流值，并将其与设定的电流准位阈值比对，能够及时获知当前服务器电源中的电流状态，当判定服务器电源处于轻载状态时，能够根据负载电阻的大小及时降低输入电压，从而实现服务器电源效率的优化，大大提高服务器电源效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，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。
为了更清楚地说明本申请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为背景技术中POL结构服务器电源的工作原理示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统的结构示意图；
图3为本申请实施例中基于输入电压对服务器电源进行优化的系统的工作原理示意图；
图4为本申请实施例中上臂MOSFET切换的损耗示意图；
图5为输入电压取值12V时服务器电源效率曲线示意图；
图6为输入电压取值6V时服务器电源效率曲线示意图；
图7为本申请实施例所提供的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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，都应当属于本申请保护的范围。
为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。
实施例一
参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统的结构示意图。由图2可知，本实施例中基于输入电压对服务器电源进行优化的系统，主要包括：输入回路、DC/DC电压转换模块、电流监控模块、输入电压切换模块以及输出回路。其中，DC/DC电压转换模块、电流监控模块、输入电压切换模块三部分设置于服务器电源的IC内部。DC/DC电压转换模块为现有技术中的电压转换模块，主要包括：上臂MOS管、下臂MOS管、电压准位比较器和一信号产生控制器。
其中，电流监控模块用于监控流经输出回路负载的电流值，并根据电流值生成监控信号发送至输入电压切换模块。输入电压切换模块，用于根据电流监控模块的监控信号，控制输入电压的大小。
本实施例中基于输入电压对服务器电源进行优化的系统的工作原理，可以参见图3。图3中上臂MOSFET即为上臂MOS管，下臂MOSFET即为下臂MOS管。
由图3可知，本实施例中的电流监控模块包括：精密电阻和电流准位比较器。精密电阻设置于输出回路的输出电感和输出电容之间。精密电阻的两端分别与电流准位比较器的正极输入端和负极输入端连接，精密电阻两端的电压差与精密电阻阻值的比值，即为流经输出回路负载的电流值。该电流值采用电压信号的形式。也就是监控输出回路中输出电感端和输出电容端的电流信号。其中，输出电感和精密电阻之间为正极电流信号，精密电阻和输出电容之间为负极电流信号。电流准位比较器的输出端连接输入电压切换模块。
继续参见图3可知，本实施例中的输入电压切换模块包括：变压器、开关控制器、第一开关1和第二开关2，开关控制器的输入端与电流准位比较器的输出端连接，开关控制器的输出端分别与第一开关和第二开关连接，变压器的输入端与IC输入端连接，变压器的输出端与DC/DC电压转换模块的输入端连接。具体地，变压器的输出端与DC/DC电压转换模块中的上臂MOSFET连接。变压器可随着负载大小，通过切换提供不同的变压器线圈比例，从而通过变压器能够实现低输入电压的供应。
由图3可知，本实施例通过在输出电感Lout和输出电容Cout之间设置一精密电阻，采集精密电阻两端电压信号的电流值，通过电流准位比较器处理后，能够获取到当前服务器电源中电流的使用状态。通过在服务器电源IC内部的输入电压Vin路径上增加输入电压切换模块，能够通过变压器作为另外的电压供电给上臂MOS管。当监控到电流准位比较器获取到的电流值小于设定的电流准位阈值时，例如设定的电流准位阈值为10A，当监控到当前电流值小于10A时，通过开关控制器控制第一开关开启，第二开关关闭，变压器切换比例为1:2，将当前的12V输入电压切换为6V输入电压，实现在服务器电源轻载状态时降低其输入电压，从而达到服务器电源的Duty最大化，进而有效提高服务器电源的效率。
本实施例中上臂MOSFET切换的损耗示意图，可以参见图4所示。图4中SwitchingLoss Area为切换损耗区域，Vin为12V对应的细实线为一般服务器电源所提供的12V输入电压，Vin为6V对应的粗实线为本实施例中经输入电压切换模块切换后的输入电压，虚线部分为MOSFET的电流。切换损耗与VDS、IDS为之间的关系为：切换损耗＝VDS*IDS。
图5为输入电压取值12V时服务器电源效率曲线示意图，图6为输入电压取值6V时服务器电源效率曲线示意图。图5中，Vin＝12V，Vout＝5V，Iout＝10A，切换频率为500kHz，服务器电源效率为97.54％，服务器电源功率损耗为1.26W。图6中，Vin＝6V，Vout＝5V，Iout＝10A，切换频率为500kHz，服务器电源效率为97.85％，服务器电源功率损耗为1.1W。
由图5和图6可知，在相同的测试条件下，当只有输入电压Vin改变，其他参数都不变时，输入电流Iin随着输出电流的变化而变化。通过Vin＝6V和Vin＝12V的比较，当服务器电源处于轻载状态时，本实施例通过降低服务器电源的功率损耗，能够实现服务器电源效率的提升。
实施例二
在图2-图6所示实施例的基础之上参见图7，图7为本申请实施例所提供的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的方法的流程示意图。由图7可知，本实施例中基于输入电压对服务器电源进行优化的方法，主要包括如下过程：
S1：采集服务器电源输出回路中负载端的负载电阻值和电流值。
该电流值为电压信号的电流值。
具体地，步骤S1又包括：
S11：采集服器电源输出回路中负载端的负载电阻值；
S12：采集负载电阻两端的输入电流，其中，负载电阻设置于输出回路的输出电感和输出电容之间。
本实施例中的负载电阻为精密电阻。
S2：根据电流值获取电流准位监控值。
S3：判断电流准位监控值是否小于设定的电流准位阈值。
如果电流准位监控值小于设定的电流准位阈值，执行步骤S4：判定服务器电源处于轻载状态。
如果电流准位监控值大于等于设定的电流准位阈值，说明服务器电源没有处于轻载状态，此时保持原有输入电压不变。
S5：根据负载电阻值，降低服务器电源的输入电压。
具体地，步骤S5又包括：
S51：根据负载电阻值，确定变压器的线圈比例。
S52：根据变压器的线圈比例，获取转换后的服务器电源输入电压。
本实施例在服务器电源轻载时，通过降低输入电压，能够实现服务器电源效率的提升，但是输入电压的降低幅度需要满足：转换后的服务器电源输入电压大于输出电压。
该实施例中未详细描述的部分，可以参见图2-图6所示的实施例，两个实施例之间可以互相参照，在此不再赘述。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统，其特征在于，所述系统包括：输入回路、DC/DC电压转换模块、电流监控模块、输入电压切换模块以及输出回路，所述DC/DC电压转换模块、电流监控模块和输入电压切换模块设置于服务器电源的IC内部，所述DC/DC电压转换模块包括：上臂MOS管、下臂MOS管、电压准位比较器和一信号产生控制器；
所述电流监控模块，用于监控流经输出回路负载的电流值，并根据所述电流值生成监控信号发送至输入电压切换模块；
所述输入电压切换模块，用于根据电流监控模块的监控信号，控制输入电压的大小。
2.根据权利要求1所述的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统，其特征在于，所述电流监控模块包括：精密电阻和电流准位比较器，所述精密电阻设置于输出回路的输出电感和输出电容之间，所述精密电阻的两端分别与所述电流准位比较器的正极输入端和负极输入端连接，所述电流准位比较器的输出端连接所述输入电压切换模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统，其特征在于，所述输入电压切换模块包括：变压器、开关控制器、第一开关和第二开关，所述开关控制器的输入端与电流准位比较器的输出端连接，所述开关控制器的输出端分别与第一开关和第二开关连接，所述变压器的输入端与IC输入端连接，所述变压器的输出端与DC/DC电压转换模块的输入端连接。
4.一种基于输入电压对服务器电源进行优化的方法，其特征在于，所述方法包括：
采集服务器电源输出回路中负载端的负载电阻值和电流值，所述电流值为电压信号的电流值；
根据所述电流值获取电流准位监控值；
判断所述电流准位监控值是否小于设定的电流准位阈值；
如果是，判定服务器电源处于轻载状态；
根据所述负载电阻值，降低服务器电源的输入电压。
5.根据权利要求4所述的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的方法，其特征在于，所述采集服务器电源输出回路中负载端的负载电阻值和电流值，包括：
采集服器电源输出回路中负载端的负载电阻值；
采集负载电阻两端的输入电流，所述负载电阻设置于输出回路的输出电感和输出电容之间。
6.根据权利要求4所述的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的方法，其特征在于，所述方法还包括：如果所述电流准位监控值大于等于设定的电流准位阈值，保持原有输入电压不变。
7.根据权利要求4-6中任一所述的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的方法，其特征在于，根据所述负载电阻值，降低服务器电源的输入电压，包括：
根据所述负载电阻值，确定变压器的线圈比例；
根据所述变压器的线圈比例，获取转换后的服务器电源输入电压。
8.根据权利要求7所述的一种基于输入电压对服务器电源进行优化的方法，其特征在于，转换后的服务器电源输入电压大于输出电压。
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