CN112366674A - 一种混合供电电路、控制方法及装置 - Google Patents

一种混合供电电路、控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合供电电路、控制方法及装置,包括第一供电电源、第二供电电源、第一EFUSE芯片、第二EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载;所述第一供电电源、第一EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载依次串联连接;所述第二供电电源与第二EFUSE芯片串联连接并通过转换电路串联接入DC-DC变换器和负载;所述转换电路包括逻辑控制电路和电源转换电路;所述逻辑控制电路通过发送逻辑电平开关信号控制电源转换电路;本发明通过简单的外围器件组合搭配成简单的功率转换、逻辑控制电路,替换价昂贵的EFUSE电路,省去了CPLD等逻辑器件控制器件,实现了混合冗余供电,提供反向电流保护,节约成本。

Description

一种混合供电电路、控制方法及装置
技术领域
本发明涉及一种混合供电电路、控制方法及装置,属于系统供电技术领域。
背景技术
伴随云计算、AI应用的发展,信息化逐渐覆盖到社会的各个领域;人们日常工作生活越来越多的通过网络来进行交流,网络数据量也在不断增加;人工智能技术、物联网、车联网技术的迅速发展,对服务器的性能提出更加严格的要求,对服务器的功率密度提出更大要求。
服务器未来的供电发展方向是48V供电,48V供电有更小的损耗,效率比12V供电更高,48V是未来的大趋势。
但是,根据目前的实际发展来看,12V供电仍然有很大的需求。由于12V供电已经是一个行业标准,太多的PCIe卡、风扇、硬盘等部件都仅支持12V,不能直接接入48V系统,并且48V的PCIe卡、风扇等也不能直接用于12V系统。
常用的12V系统/54V系统板卡需要单独开发,不能在单板上实现供电,需要两块板卡才能实现,不能在各供电系统通用,需要维护更多的BOM及PCB等,增加人力、物料的成本;即便实现12V/54V在一个板卡上混合供电,也需要一颗额外的EFUSE芯片对反向电流进行保护,可以实现12V/54V供电系统的通用,简化了BOM维护,减小了板卡插错的风险,但需要2颗12V EFUSE芯片,增加了BOM成本。
发明内容
针对上述存在的技术问题,本发明的目的是:提出了一种混合供电电路、控制方法及装置,实现了混合供电,提供了供电保护,降低了生产成本。
本发明的技术解决方案是这样实现的:一种混合供电电路,包括第一供电电源、第二供电电源、第一EFUSE芯片、第二EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载;所述第一供电电源、第一EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载依次串联连接;所述第二供电电源与第二EFUSE芯片串联连接并通过转换电路串联接入DC-DC变换器和负载;所述转换电路包括逻辑控制电路和电源转换电路;所述逻辑控制电路通过发送逻辑电平开关信号控制电源转换电路。
优选的,所述逻辑控制电路包括电压比较器和MOS驱动芯片;所述电压比较器的PIN1端接入P12V_A,PIN2端接地线GND,PIN3端接入P12V,PIN4端接MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚,PIN5端接入VCC;所述MOS驱动芯片的PIN1-GND端接地线,PIN2-VS端接入VCC,PIN3-G端接电源转换电路,PIN4-CTL管脚接电压比较器的PIN4端。
优选的,所述电源转换电路包括MOS-Q1、MOS-Q2、MOS-1和MOS-2;所述MOS-Q1的G端接入P12V,S端接地,D端接MOS-Q2的G端;所述MOS-Q2的G端接入P12V_A及MOS-Q1的D端,S端接地,D端接入MOS-1和MOS-2的G端以及接收逻辑控制电路的开关信号;所述MOS-1和MOS-2两者的S端串联连接,G端均与MOS-Q2的D端连接并接收逻辑控制电路的开关信号;所述MOS-1的D端接入P12V_A;所述MOS-2的D端接入P12V_AUX。
一种混合供电电路的控制方法,包括如下步骤,
当电压比较器PIN3端的电压值高于PIN1端时,输出PIN4端的电压值为逻辑高电平,进而MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚电压值为逻辑高电平,MOS驱动芯片的PIN3-G端电压值输出为逻辑高电平,并将其作用于电源转换电路;
当电压比较器PIN3端的电压值低于PIN1端时,输出PIN4端的电压值为逻辑低电平,进而MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚电压值为逻辑低电平,MOS驱动芯片不作用于电源转换电路。
优选的一种混合供电电路的控制方法,包括如下步骤,
当第一供电电源、第二供电电源都正常供电时,MOS-Q1导通,MOS-Q2的G端通过MOS-Q1接地,MOS1、MOS2的通断仅由开关信号的电平高低决定;
其中,当第一供电电源正常供电或第一供电电源、第二供电电源混合供电时,开关信号为逻辑高电平,MOS1、MOS2关断,负载由第一供电电源供电;
当第二供电电源正常供电,第一供电电源供电异常时,MOS-Q1关闭,MOS-Q2的G端通过电阻接P12V_A,MOS-Q2导通,开关信号直接通过MOS-Q2接地;此时MOS1、MOS2的通断与逻辑控制电路的输出无关,负载由第二供电电源供电。
为了进一步的扩大本申请的保护范围,优选的保护一种混合供电装置,包括两个供电模块、两个电子熔断器、DC-DC变换模块、负载模块和转换电路模块;
两个所述供电模块分别为负载模块提供不同的电源电压;
两个所述电子熔断器分别与对应两个所述供电模块连接,提供反向电流保护;
所述DC-DC变换模块将供电模块输出的直流电转换成稳定的不同电压的直流电输出给负载模块;
所述转换电路模块将供电模块不同的电源电压转换成统一的电压输出给负载模块。
优选的,所述转换电路模块包括逻辑控制模块和电源转换模块;所述逻辑控制模块通过电压值的逻辑高、低电平信号控制电源转换模块供电;所述电源转换模块根据逻辑控制模块的电压值信号对负载模块供电。
由于上述技术方案的运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
本发明的一种混合供电电路、控制方法及装置,通过简单的外围器件组合搭配成简单的功率转换、逻辑控制电路,替换价昂贵的EFUSE电路,省去了CPLD等逻辑器件控制器件,实现了混合冗余供电,提供反向电流保护,节约成本。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明:
附图1为现有常用的12V系统/54V系统的供电拓扑图;
附图2为现有的12V/54V混合供电系统拓扑图;
附图3为本发明的一种混合供电电路示意图;
附图4为本发明的一种混合供电电路的逻辑控制电路示意图;
附图5为本发明的一种混合供电电路的电源转换电路示意图;
附图6为本发明的一种混合供电电路装置的示意图;
其中:1、供电模块;2、电子熔断器;3、DC-DC变换模块;4、负载模块;5、转换电路模块;6、逻辑控制模块;7、电源转换模块。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明。
图1为现有常用的12V系统/54V系统的供电拓扑图。
图2为现有的12V/54V混合供电系统拓扑图。
实施例一
如附图3所示为本发明所述的一种混合供电电路,包括第一供电电源、第二供电电源、第一EFUSE芯片、第二EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载;所述第一供电电源、第一EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载依次串联连接;所述第二供电电源与第二EFUSE芯片串联连接并通过转换电路串联接入DC-DC变换器和负载;所述转换电路包括逻辑控制电路和电源转换电路;所述逻辑控制电路通过发送逻辑电平开关信号控制电源转换电路;所述逻辑控制电路包括电压比较器和MOS驱动芯片;所述电压比较器的PIN1端接入P12V_A,PIN2端接地线GND,PIN3端接入P12V,PIN4端接MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚,PIN5端接入VCC;所述MOS驱动芯片的PIN1-GND端接地线,PIN2-VS端接入VCC,PIN3-G端接电源转换电路,PIN4-CTL管脚接电压比较器的PIN4端;所述电源转换电路包括MOS-Q1、MOS-Q2、MOS-1和MOS-2;所述MOS-Q1的G端接入P12V,S端接地,D端接MOS-Q2的G端;所述MOS-Q2的G端接入P12V_A及MOS-Q1的D端,S端接地,D端接入MOS-1和MOS-2的G端以及接收逻辑控制电路的开关信号;所述MOS-1和MOS-2两者的S端串联连接,G端均与MOS-Q2的D端连接并接收逻辑控制电路的开关信号;所述MOS-1的D端接入P12V_A;所述MOS-2的D端接入P12V_AUX。
实施例二
如附图4和5所示的一种混合供电电路,包括12V供电电源、54V供电电源、12VEFUSE芯片、54V EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载;12V供电电源、12V EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载依次串联连接;54V供电电源与54V EFUSE芯片串联连接并通过转换电路串联接入DC-DC变换器和负载;所述转换电路包括逻辑控制电路和电源转换电路;所述逻辑控制电路通过发送逻辑电平开关信号控制电源转换电路;所述逻辑控制电路包括电压比较器和MOS驱动芯片;所述电压比较器的PIN1端接入P12V_A,PIN2端接地线GND,PIN3端接入P12V,PIN4端接MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚,PIN5端接入VCC;所述MOS驱动芯片的PIN1-GND端接地线,PIN2-VS端接入VCC,PIN3-G端接电源转换电路,PIN4-CTL管脚接电压比较器的PIN4端;所述电源转换电路包括MOS-Q1、MOS-Q2、MOS-1和MOS-2;所述MOS-Q1的G端接入P12V,S端接地,D端接MOS-Q2的G端;所述MOS-Q2的G端接入P12V_A及MOS-Q1的D端,S端接地,D端接入MOS-1和MOS-2的G端以及接收逻辑控制电路的开关信号;所述MOS-1和MOS-2两者的S端串联连接,G端均与MOS-Q2的D端连接并接收逻辑控制电路的开关信号;所述MOS-1的D端接入P12V_A;所述MOS-2的D端接入P12V_AUX。
实施例三
一种混合供电电路的控制方法,包括如下步骤,
当电压比较器PIN3端的电压值高于PIN1端时,输出PIN4端的电压值为逻辑高电平,进而MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚电压值为逻辑高电平,MOS驱动芯片的PIN3-G端电压值输出为逻辑高电平,并将其作用于电源转换电路;
当电压比较器PIN3端的电压值低于PIN1端时,输出PIN4端的电压值为逻辑低电平,进而MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚电压值为逻辑低电平,MOS驱动芯片不作用于电源转换电路。
电压比较器的PIN3端电阻分压为5.075V,PIN1端电阻分压为4.53V,这样只要P12V供电正常,电压比较器的输出为逻辑高,进而通过MOS驱动芯片MIC5018输出高,作用下级电路。
进一步的一种混合供电电路的控制方法,包括如下步骤,
当12V/54V供电端口都正常供电时,MOS-Q1导通,MOS-Q2的G端通过MOS-Q1接地,MOS1、MOS2的通断仅由开关信号的电平高低决定;结合逻辑控制部分可知,其中,当12V供电电源或12V供电电源、54V供电电源混合供电时,开关信号为逻辑高电平,MOS1、MOS2关断,负载由12V供电电源供电;
当54V供电电源正常供电,12V供电电源供电异常时,MOS-Q1关闭,MOS-Q2的G端通过电阻接P12V_A,MOS-Q2导通,开关信号直接通过MOS-Q2接地;此时MOS1、MOS2的通断与逻辑控制电路的输出无关,负载由54V供电电源供电。
具体工作可以实现如下功能:
1、板卡仅由12V供电,12V通过EFUSE保护为整板供电。
2、板卡仅由54V供电,54V通过EFUSE保护后,由电压转换电路转成12V为整板供电。
3、板卡由12V、54V混合供电时,可以实现只有12V供电,屏蔽掉54V供电方案,减少供电转换时的损耗,并可通过背靠背的两颗PMOS实现防止电流反向流动,以达到省电的目的,当12V异常切断,54V冗余供电可以立即无缝切换。
实施例四
如附图6所示为本发明所述的一种混合供电装置,包括两个供电模块1、两个电子熔断器2、DC-DC变换模块3、负载模块4和转换电路模块5;
两个所述供电模块1分别为负载模块4提供不同的电源电压;
两个所述电子熔断器2分别与对应两个所述供电模块1连接,提供反向电流保护;
所述DC-DC变换模块3将供电模块1输出的直流电转换成稳定的不同电压的直流电输出给负载模块4;
所述转换电路模块5将供电模块1不同的电源电压转换成统一的电压输出给负载模块4;
所述转换电路模块5包括逻辑控制模块6和电源转换模块7;所述逻辑控制模块6通过电压值的逻辑高、低电平信号控制电源转换模块7供电;所述电源转换模块7根据逻辑控制模块6的电压值信号对负载模块4供电。
本发明的一种混合供电电路、控制方法及装置,通过简单的外围器件组合搭配成简单的功率转换、逻辑控制电路,替换价昂贵的EFUSE电路,省去了CPLD等逻辑器件控制器件,实现了混合冗余供电,提供反向电流保护,节约成本。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施,并不能以此限制本发明的保护范围,凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种混合供电电路,包括第一供电电源、第二供电电源、第一EFUSE芯片、第二EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载;所述第一供电电源、第一EFUSE芯片、DC-DC变换器和负载依次串联连接;其特征在于:所述第二供电电源与第二EFUSE芯片串联连接并通过转换电路串联接入DC-DC变换器和负载;所述转换电路包括逻辑控制电路和电源转换电路;所述逻辑控制电路通过发送逻辑电平开关信号控制电源转换电路。
2.如权利要求1所述的一种混合供电电路,其特征在于:所述逻辑控制电路包括电压比较器和MOS驱动芯片;所述电压比较器的PIN1端接入P12V_A,PIN2端接地线GND,PIN3端接入P12V,PIN4端接MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚,PIN5端接入VCC;所述MOS驱动芯片的PIN1-GND端接地线,PIN2-VS端接入VCC,PIN3-G端接电源转换电路,PIN4-CTL管脚接电压比较器的PIN4端。
3.如权利要求1所述的一种混合供电电路,其特征在于:所述电源转换电路包括MOS-Q1、MOS-Q2、MOS-1和MOS-2;所述MOS-Q1的G端接入P12V,S端接地,D端接MOS-Q2的G端;所述MOS-Q2的G端接入P12V_A及MOS-Q1的D端,S端接地,D端接入MOS-1和MOS-2的G端以及接收逻辑控制电路的开关信号;所述MOS-1和MOS-2两者的S端串联连接,G端均与MOS-Q2的D端连接并接收逻辑控制电路的开关信号;所述MOS-1的D端接入P12V_A;所述MOS-2的D端接入P12V_AUX。
4.一种基于权利要求1-3中任一项所述的一种混合供电电路的控制方法,其特征在于:包括如下步骤,
当电压比较器PIN3端的电压值高于PIN1端时,输出PIN4端的电压值为逻辑高电平,进而MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚电压值为逻辑高电平,MOS驱动芯片的PIN3-G端电压值输出为逻辑高电平,并将其作用于电源转换电路;
当电压比较器PIN3端的电压值低于PIN1端时,输出PIN4端的电压值为逻辑低电平,进而MOS驱动芯片的PIN4-CTL管脚电压值为逻辑低电平,MOS驱动芯片不作用于电源转换电路。
5.如权利要求4所述的一种混合供电电路的控制方法,其特征在于:包括如下步骤,
当第一供电电源、第二供电电源都正常供电时,MOS-Q1导通,MOS-Q2的G端通过MOS-Q1接地,MOS1、MOS2的通断仅由开关信号的电平高低决定;
其中,当第一供电电源正常供电或第一供电电源、第二供电电源混合供电时,开关信号为逻辑高电平,MOS1、MOS2关断,负载由第一供电电源供电;
当第二供电电源正常供电,第一供电电源供电异常时,MOS-Q1关闭,MOS-Q2的G端通过电阻接P12V_A,MOS-Q2导通,开关信号直接通过MOS-Q2接地;此时MOS1、MOS2的通断与逻辑控制电路的输出无关,负载由第二供电电源供电。
6.一种混合供电装置,其特征在于:包括两个供电模块、两个电子熔断器、DC-DC变换模块、负载模块和转换电路模块;
两个所述供电模块分别为负载模块提供不同的电源电压;
两个所述电子熔断器分别与对应两个所述供电模块连接,提供反向电流保护;
所述DC-DC变换模块将供电模块输出的直流电转换成稳定的不同电压的直流电输出给负载模块;
所述转换电路模块将供电模块不同的电源电压转换成统一的电压输出给负载模块。
7.如权利要求7所述的一种混合供电装置,其特征在于:所述转换电路模块包括逻辑控制模块和电源转换模块;所述逻辑控制模块通过电压值的逻辑高、低电平信号控制电源转换模块供电;所述电源转换模块根据逻辑控制模块的电压值信号对负载模块供电。
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