CN112234822B - 一种电源控制电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电源控制电路及方法，涉及一种控制电路，包括相连接的电源电路、峰值侦测电路和调节电路；所述电源电路将所述电源电路的侦测电压信号发送给所述峰值侦测电路，其中所述侦测电压信号包括汲极电压信号和源极电压信号；所述峰值侦测电路根据所述汲极电压信号和所述源极电压信号进行计算，得到负载信号并发送给所述调节电路；所述调节电路根据所述负载信号调节所述电源电路的输出。通过新架构来增进服务器系统电源效率，使用峰值侦测电路结合比较器功能,进而达到即时侦测上半部MOSFET之V_HS_D与V_HS_S两端电压峰值的目的,可快速防止下半部MOSFET(M2)突波,并且同时反应到每一组DC/DC降压转换器。

Description

一种电源控制电路及方法
技术领域
本发明涉及一种控制电路，尤其是涉及一种电源控制电路及方法。
背景技术
在典型服务器中，提供许多省电的设计方法，例如：选择低电压处理器与记忆体，共享散热模组,对于电源工程师维持电路高效率将电力损失最小化是其设计的目的之一。所以在此之后提出的新架构DC/DC降压转换器线路减少电力损失促进服务器电源系统效率优化。
现有的电源控制电路，在服务器主机板上有许多稳压器，例如：12V转5V，12V转3V，12V转1.8V等，另外,DC/DC降压转换器电路其中R1和C1组成RC缓冲电路，而下臂MOSFET(M2)之闸极会有一个下地电容C2；
RC缓冲电路的缺陷在于：转移能量至R1电阻造成功率损耗；
闸极电容C2缓冲电路的缺陷在于：闸极电容C2比C1小，所能减少的Vds峰值有限，虽然造成功率损耗比RC缓冲电路少，但转移能量至下臂MOSFET(M2)造成少量功率损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源控制电路及方法，该控制电路对于服务器电源系统优化，在此之后采用检测到的电路结合比较器的功能，立即检测上臂部MOSFER的V_HS_S与V_HS_D电压前端功能反应在RC Snubber电路，可以在重负载时启动RC Snubber电路。但在轻、中负载时取消缓冲电路(Snubber circuit)或者下臂部MOSFET之GATE端C2，可对于不同负载下达到服务器电源系统效率优化。
第一方面，本发明提供的一种电源控制电路，包括相连接的电源电路、峰值侦测电路和调节电路；
所述电源电路将所述电源电路的侦测电压信号发送给所述峰值侦测电路，其中所述侦测电压信号包括汲极电压信号和源极电压信号；
所述峰值侦测电路根据所述汲极电压信号和所述源极电压信号进行计算，得到负载信号并发送给所述调节电路；
所述负载信号包括第一负载信号和第二负载信号，所述调节电路包括轻比较器、重比较器、场效应管M3和场效应管M4；
所述轻比较器的输入端输入所述第一负载信号，所述轻比较器的输出端与所述场效应管M4的闸极相连，所述场效应管M4的源极接地，汲极与所述电源电路的低压输出端相连，所述重比较器的输入端输入所述第二负载信号；所述重比较器的输出端与所述场效应管M3的闸极相连，所述场效应管M3的源极接地，汲极与所述电源电路的高压输出端相连；
所述调节电路根据所述负载信号控制场效应管M3和场效应管M4的导通和关断来调节RC缓冲电路和/或下地电容C2是否接入电源电路。
进一步的，所述峰值侦测电路包括比较器、电阻Rin、电阻Rf和放大器；
所述比较器与所述电源电路相连，输入所述侦测电压信号，所述比较器的输出端与所述电阻Rin的第一端相连，所述电阻Rin的第二端分别与所述电阻Rf的第一端和所述放大器的负极输入端相连，所述电阻Rf的第二端连接所述放大器的输出端，所述放大器的正极输入端接地，所述放大器的输出端输出所述负载信号。
进一步的，所述调节电路在所述负载信号为所述第一负载信号时，关闭所述场效应管M3，开启所述场效应管M4。
进一步的，所述调节电路在所述负载信号为所述第二负载信号时，开启所述场效应管M3，关闭所述场效应管M4。
进一步的，所述调节电路在所述负载信号为无信号时，关闭所述场效应管M3和所述场效应管M4。
进一步的，所述峰值侦测电路在所述汲极电压信号和所述源极电压信号的电压值相差小于预设电压值时，输出所述第一负载信号。
进一步的，所述峰值侦测电路在所述汲极电压信号和所述源极电压信号的电压值相差大于预设电压值时，输出所述第二负载信号。
进一步的，所述峰值侦测电路在所述汲极电压信号和所述源极电压信号的电压值相同时，不输出所述所述负载信号。
第二方面，本发明还提供一种电源控制方法，应用于上述电源控制电路，所述方法包括：
将所述电源电路的侦测电压信号发送给所述峰值侦测电路，其中所述侦测电压信号包括汲极电压信号和源极电压信号；
根据所述汲极电压信号和所述源极电压信号进行计算，得到负载信号并发送给所述调节电路；
根据所述负载信号控制场效应管M3和场效应管M4的导通和关断来调节RC缓冲电路和/或下地电容C2是否接入电源电路。
本发明提供的一种电源控制电路，增进服务器系统电源效率，使用峰值侦测电路得到负载信号,根据负载信号调节所述电源电路的输出，进而达到即时侦测上半部场效应管两端电压峰值的目的,可快速防止下半部场效应管发生突波,并且同时反应到每一组DC/DC降压转换器。
相应地，本发明实施例提供的一种电源控制电路的控制方法，也同样具有上述技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为现有的电源的波形图；
图2为本发明电源控制电路的结构图；
图3为本发明峰值侦测电路架构原理图；
图4为本发明轻载HS_VDS实际波形图；
图5为本发明重载HS_VDS实际波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
请参阅图2，本发明实施例提供了一种电源控制电路，包括相连接的电源电路、峰值侦测电路和调节电路；
电源电路将电源电路的侦测电压信号发送给峰值侦测电路，其中侦测电压信号包括汲极电压信号和源极电压信号；
峰值侦测电路根据汲极电压信号和源极电压信号进行计算，得到负载信号并发送给调节电路；
调节电路根据负载信号调节电源电路的输出。
上述电源控制电路，通过新架构来增进服务器系统电源效率，使用峰值侦测电路结合比较器功能,进而达到即时侦测上半部MOSFET之V_HS_D与V_HS_S两端电压峰值的目的,可快速防止下半部MOSFET(M2)突波,并且同时反应到每一组DC/DC降压转换器。
请参阅图3，峰值侦测电路包括比较器、电阻Rin、电阻Rf和放大器；
比较器与电源电路相连，输入侦测电压信号，比较器的输出端与电阻Rin的第一端相连，电阻Rin的第二端分别与电阻Rf的第一端和放大器的负极输入端相连，电阻Rf的第二端连接放大器的输出端，放大器的正极输入端接地，放大器的输出端输出负载信号。
由图2可以得出：
1、比较器侦测上臂MOSFET(M1)之V_HS_D与V_HS_S两端电压；
2、轻载时,上臂MOSFET压差越小,如图4所示；
3、重载时,上臂MOSFET压差越大,如图5所示；
4、经过峰值侦测电路输出Vout。
在上述控制电路中，负载信号包括第一负载信号和第二负载信号，调节电路包括轻比较器、重比较器、场效应管M3和场效应管M4；
轻比较器的输入端输入第一负载信号，轻比较器的输出端与场效应管M4的闸极相连，场效应管M4的源极接地，汲极与电源电路的低压输出端相连，重比较器的输入端输入第二负载信号；重比较器的输出端与场效应管M3的闸极相连，场效应管M3的源极接地，汲极与电源电路的高压输出端相连。
在上述控制电路中，调节电路在负载信号为第一负载信号时，关闭场效应管M3，开启场效应管M4。
另外，调节电路在负载信号为第二负载信号时，开启场效应管M3，关闭场效应管M4。
调节电路在负载信号为无信号时，关闭场效应管M3和场效应管M4。
峰值侦测电路在汲极电压信号和源极电压信号的电压值相差小于预设电压值时，输出第一负载信号。
其次，峰值侦测电路在汲极电压信号和源极电压信号的电压值相差大于预设电压值时，输出第二负载信号。
再次，峰值侦测电路在汲极电压信号和源极电压信号的电压值相同时，不输出负载信号。
服务器主机主板有很多不同输出电压的DC/DC降压转换器，而单组DC/DC降压转换器，如图1所示。
1.前端侦测电路装置接收上臂MOSFER(M1)的V_HS_S与V_HS_D电压前端功能,较快速,且有效的抑制下臂MOSFET(M2)的VDS尖峰。
2.通过轻载比较器与重载比较器告知MOSFET(M3,M4)进行动作。
故上臂MOSFET侦测电路监控到转换器:
1、当重负载时,过比较器和MOSFET(M3)去串联缓冲电路，减少MOSFET(M2)Vds的尖峰。
2、当轻负载时，可取消缓冲电路，不让缓冲电路并联在DC/DC降压转换器上，达到减少功率损耗之目标,开启MOSFET(M4),将C2串联接,减少EMI,让讯号质量较佳。
3、当无载时,可取消缓冲电路与MOSFET(C2),不让缓冲电路并联在DC/DC降压转换器上,关闭M4,不让C2并联在M2闸极端,达到减少功率损耗之目标。
需要说明的是，在本实施例中以及相关附图中，所涉及的英文缩写所表达的意思如下：
Buck converter降压转换器；
V_HS_D(High side Mosfet_Drain)上臂MOSFET汲极；
V_HS_S(High side Mosfet_Source)上臂部MOSFET源极；
V_LS_D(Low side Mosfet_Drain)下臂部MOSFET汲极；
V_LS_S(Low side Mosfet_Source)下臂部MOSFET源极；
MOSFET金属氧化物半导体场效电晶体；
High side MOSFET上臂之金属氧化物半导体场效电晶体；
Low side MOSFET下臂之金属氧化物半导体场效电晶体；
Snubber Circuit缓冲电路；
VDS金属氧化物半导体场效电晶体的汲极(Drain)-源极(Source)两端电压差；
Time Sequence切换时序。
本发明实施例还提供一种电源控制方法，应用于上述电源控制电路，方法包括：
将电源电路的侦测电压信号发送给峰值侦测电路，其中侦测电压信号包括汲极电压信号和源极电压信号；
根据汲极电压信号和源极电压信号进行计算，得到负载信号并发送给调节电路；
根据负载信号调节电源电路的输出。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。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权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电源控制电路，其特征在于，包括相连接的电源电路、峰值侦测电路和调节电路；
所述电源电路将所述电源电路的侦测电压信号发送给所述峰值侦测电路，其中所述侦测电压信号包括汲极电压信号和源极电压信号；
所述峰值侦测电路根据所述汲极电压信号和所述源极电压信号进行计算，得到负载信号并发送给所述调节电路；
所述负载信号包括第一负载信号和第二负载信号，所述调节电路包括轻比较器、重比较器、场效应管M3和场效应管M4；
所述轻比较器的输入端输入所述第一负载信号，所述轻比较器的输出端与所述场效应管M4的闸极相连，所述场效应管M4的源极接地，汲极与所述电源电路的低压输出端相连，所述重比较器的输入端输入所述第二负载信号；所述重比较器的输出端与所述场效应管M3的闸极相连，所述场效应管M3的源极接地，汲极与所述电源电路的高压输出端相连；
所述调节电路根据所述负载信号控制场效应管M3和场效应管M4的导通和关断来调节RC缓冲电路和/或下地电容C2是否接入电源电路。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述峰值侦测电路包括比较器、电阻Rin、电阻Rf和放大器；
所述比较器与所述电源电路相连，输入所述侦测电压信号，所述比较器的输出端与所述电阻Rin的第一端相连，所述电阻Rin的第二端分别与所述电阻Rf的第一端和所述放大器的负极输入端相连，所述电阻Rf的第二端连接所述放大器的输出端，所述放大器的正极输入端接地，所述放大器的输出端输出所述负载信号。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调节电路在所述负载信号为所述第一负载信号时，关闭所述场效应管M3，开启所述场效应管M4。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调节电路在所述负载信号为所述第二负载信号时，开启所述场效应管M3，关闭所述场效应管M4。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调节电路在所述负载信号为无信号时，关闭所述场效应管M3和所述场效应管M4。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述峰值侦测电路在所述汲极电压信号和所述源极电压信号的电压值相差小于预设电压值时，输出所述第一负载信号。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述峰值侦测电路在所述汲极电压信号和所述源极电压信号的电压值相差大于预设电压值时，输出所述第二负载信号。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述峰值侦测电路在所述汲极电压信号和所述源极电压信号的电压值相同时，无输出信号。
9.一种电源控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任一项所述的电源控制电路，所述方法包括：
将所述电源电路的侦测电压信号发送给所述峰值侦测电路，其中所述侦测电压信号包括汲极电压信号和源极电压信号；
根据所述汲极电压信号和所述源极电压信号进行计算，得到负载信号并发送给所述调节电路；
根据所述负载信号控制场效应管M3和场效应管M4的导通和关断来调节RC缓冲电路和/或下地电容C2是否接入电源电路。
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