CN112531632B - 一种服务器中低成本防烧板保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种服务器中低成本防烧板保护方法及装置，方法包括：第一步，CPLD发送使能信息至电位器；第二步，电位器检测到CPLD发送的使能信息后输出电源至待供电设备，所述待供电设备包括CPU、内存、外设硬件以及硬盘；第三步，待供电设备接地反馈处的功率电阻对电路环路电流进行监控；第四步，差动电流运放器采集所述功率电阻正端电流，将采集到的电流转换为对应电压；第五步，所述电压值与电压比较器进行对比，电压比较器传输信号至CPLD；通过上述方式，本发明能够用纯模拟运放电路搭建保护电路有效提高性能稳定性及安全性。

Description

一种服务器中低成本防烧板保护方法及装置
技术领域
本发明涉及硬件设计领域，特别是涉及一种服务器中低成本防烧板保护方法及装置。
背景技术
服务器常常是多节点、CPU的高功耗的设计，单颗CPU的功耗由以前的几十瓦，上升到现在的几百瓦。高功耗且常常工作在低电压情况下，服务器上电源的工作电流动辄就需要几十安培。在服务器的设计中，由于服务器结构，器件老化或者工作环境温度过高等不利因素的影响下，会出现服务器部分电源短路，甚至造成主板烧坏的情况发生，且概率不低。
因此，在服务器设计中，常常为了防止出现短路，烧板的情况，在每一路较高功耗或较大输出电流的通路设置过流保护IC，由于出现过流，短路时会在短时间内对整个服务器板卡造成不可挽回的损坏，因此对过流保护IC的要求就特别高，不仅响应要及时，且保护电流的设置要精确，不能出现误触发等。
现有的技术方案较多采用电流监控IC，比如MAX34411等。电流监控IC通过无方向电流检测器检测电源的低压部分，提供高精度的电流检测采样，采集到的AD值通过与用户预先设定的数字钳位阈值进行比较，过流情况会触发一个电流监控IC的硬件故障输出给外设，外设(通常是CPLD)立刻关断该电路电流。
现有的技术方案采用外部ADC进行监控，在某个高功率电压值异常时，通过状态判断，默认改路电源输出异常，并进行关断保护，这种方法响应速度完全依靠外部ADC的采集速度和数据采集后的判断。这样无疑是不稳定不可靠，响应速度远远低于外部硬件检测的方式，不适合应用在服务器的实际应用设计中。
现有技术方案中，成本较高，由于服务器有众多高输出功率电源。对每一路电源都使用电流检测IC进行电流检测，由于电流检测IC的成本过高，无疑造成整个链路的成本大大提高，并且占用PCB空间较大，由于电流检测IC常常是集成IC，且体积不小，加上有众多外设。常常需要占用PCB板较多空间。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种服务器中低成本防烧板保护方法及装置，能够使用纯模拟运放电路搭建保护电路有效提高性能稳定性及安全性。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种服务器中低成本防烧板保护方法，包括：
第一步，可编程逻辑器件发送使能信息至电位器；
第二步，电位器检测到可编程逻辑器件发送的使能信息后输出电源至待供电设备；
第三步，所述待供电设备接地反馈处的功率电阻对电路环路电流进行监控；
第四步，差动电流运放器采集所述功率电阻输入端电流，将采集到的电流转换为对应电压；
第五步，所述电压值与电压比较器中预先设定的电流阈值进行对比，当差分电流运放检测到的电流超过电流阈值时，则电压比较器输出低电平，触发短路报警信号，可编程逻辑器件采集到所述信号后，关闭电位器。
进一步，所述预先设定的电流阈值比所述电位器自身的过流保护点电流阈值高1.5倍。
进一步，所述第四步中，所述可编程逻辑器件传输使能信号控制所述差动电流运放器将采集到的电流转换为对应电压。
进一步，所述第五步中，所述关闭电位器后，所述可编程逻辑器件通知BMC记录比较日志。
一种服务器中低成本防烧板保护装置，包括：可编程逻辑器件、BMC、电位器、待供电设备、差动电流运放器和电压比较器；所述可编程逻辑器件连接所述BMC；所述可编程逻辑器件连接所述电位器，传输使能信号；所述电位器将电源传送给所述待供电设备；所述差动电流运放器中设有同向输入端和反向输入端以及输出端；所述待供电设备分别与所述电位器和所述差动电流运放器同向输入端连接；所述差动电流运放器反向输入端接地；所述差动电流运放器输出端连接所述电压比较器；所述电压比较器连接所述可编程逻辑器件。
进一步，所述待供电设备包括风扇、CPU、主板、硬盘、内存。
进一步，所述同向输入端与所述第一内部缓冲器输入端相连；所述反向输入端与第一内部缓冲器的输出端相连。
进一步，所述差动电流运放器中还设有第一内部缓冲器、第二内部缓冲器和电流源。
进一步，所述电流源一端连接所述第二内部缓冲器一端；所述电流源另一端接地；所述第二内部缓冲器另一端连接所述输出端。
本发明的有益效果是：本发明可有效保证防止服务器应用中出现短路继而烧板的情况发生，同时优化设计方案，大大降低设计成本，用纯模拟运放电路搭建保护电路有效提高性能稳定性及安全性，同时也大大提高PCB板利用率，在所有服务器的应用中均可以实现并应用。
附图说明
图1是本发明一种服务器中低成本防烧板保护方法一较佳实施例的流程图；
图2是本发明一种服务器中低成本防烧板保护方法中差分电流运放器电压与电阻图；
图3是本发明一种服务器中低成本防烧板保护装置架构图；
图4是本发明一种服务器中低成本防烧板保护装置中差分电流运放器结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1至图4，本发明实施例包括：
见图1，一种服务器中低成本防烧板保护方法，包括：
第一步，CPLD发送使能信息至电位器；
第二步，电位器检测到CPLD发送的使能信息后输出电源至待供电设备，所述待供电设备包括CPU、内存、外设硬件以及硬盘；
第三步，待供电设备接地反馈处的功率电阻对电路环路电流进行监控；
第四步，差动电流运放器采集所述功率电阻正端电流，将采集到的电流转换为对应电压；
第五步，所述电压值与电压比较器中预先设定的电流阈值进行对比，当差分电流运放检测到的电流超过电流阈值时，则比较器输出低电平，触发短路报警信号，CPLD当采集到该信号后，立刻关闭电位器，并通知BMC记录LOG。
所述预先设定的电流阈值比所述电位器自身的过流保护点电流阈值高1.5倍，这样可以保证在应用时，不会误触发导致系统由于过流引起的电流关断。
所述第四步中，所述CPLD传输使能信号控制所述差动电流运放器将采集到的电流转换为对应电压。
所述电位器的作用为调节电压(含直流电压与信号电压)和电流的大小。
见图2，根据欧姆定律带入图中各个电压电阻数值推导可得出：
Vout1＝ I*Z 公式1
I＝(Vfeed/r3)-(Vout1-Vfeed)/r4 公式2
Vfeed＝Vin-I*r1 公式3
其中，Vout1为差动电流运放器转化为对应电压的值，I为差动电流运放器中电流的值。
由于差动电流运放器中缓冲器的输出阻抗r3非常小，且跨阻Z非常高，因此经过上述公式1、公式2、公式3推算，可得：
Vout1/Vin＝1+r4/r3
Vout1＝Vin(1+r4/r3)
其中，普通运放的闭环增益计算公式为G＝A/(1+AB)；
A：开环增益，AB：环路增益，1+AB：反馈深度，G：闭环增益。
根据上述公式得出差分电流运放的最终计算结果与普通运放的闭环增益公式完全一致，所以可用模拟差分电流运放电路，通过硬件搭建电流检测电路进行对电路电流检测。
所述差动电流运放器中差动电流运放具有很高的带宽和摆速，一般带宽可达到100Mhz，对于电流检测响应而言足够了，而且差动电流运放不受恒定增益带宽积的限制，因此通过对反馈电阻的调节，可以获得最好的性能，差动电流运放具有较好的稳定性和响应及时性。
见图3，本说明书实施例还提供一种服务器中低成本防烧板保护装置，包括：CPLD、BMC、电位器、待供电设备、差动电流运放器和电压比较器；所述CPLD通过I2C总线连接所述BMC；所述CPLD通过信号线连接所述电位器，传输使能信号；所述电位器将电源传送给所述待供电设备；所述差动电流运放器中设有同向输入端和反向输入端以及输出端；所述待供电设备连接所述电位器与所述差动电流运放器同向输入端；所述差动电流运放器反向输入端与输出端接地；所述差动电流运放器输出端连接所述电压比较器；所述电压比较器通过I2C总线连接所述CPLD。
所述待供电设备包括：风扇、CPU、主板、硬盘、内存等。
见图4，为差动电流运放器结构图，所述差动电流运放器中设有运放同向输入端、第一内部缓冲器、第二内部缓冲器、运放反向输入端和电流源；所述运放同向输入端与所述第一内部缓冲器输入端相连，因此差动电流运放有很好的同向输入阻抗，同时运放反向输入端与第一内部缓冲器的输出端相连，因此运放反向输入端的输入阻抗基本等于第一内部缓冲器的阻抗r1；所述电流源在直流与交流时等效电阻，并且电阻无穷大，使得差分电流运放的性能仅仅取决于无源器件的参数，因此差分电流运放可以像普通运放一样通过把反馈环路闭合的方式来获取最高的精度，因此使用差分电流运放非常适合应用在像服务器这种对电流精度以及电流响应速度要求都非常高的场合中；所述电流源一端连接所述第二内部缓冲器一端；所述电流源另一端接地；所述第二内部缓冲器另一端连接所述输出端。
其中无源器件为如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源，则这种器件叫做无源器件。
无源器件有两个基本特点：
(1)自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。
(2)只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种服务器中低成本防烧板保护方法，其特征在于，包括：
第一步，可编程逻辑器件发送使能信息至电位器，所述电位器的作用为调节电压和电流的大小；
第二步，电位器检测到可编程逻辑器件发送的使能信息后输出电源至待供电设备；
第三步，所述待供电设备接地反馈处的功率电阻对电路环路电流进行监控；
第四步，差动电流运放器采集所述功率电阻输入端电流，将采集到的电流转换为对应电压；
第五步，所述电压值与电压比较器中预先设定的电流阈值进行对比，当差分电流运放检测到的电流超过电流阈值时，则电压比较器输出低电平，触发短路报警信号，可编程逻辑器件采集到所述信号后，关闭电位器。
2.根据权利要求1所述的一种服务器中低成本防烧板保护方法，其特征在于：所述预先设定的电流阈值比所述电位器自身的过流保护点电流阈值高1.5倍。
3.根据权利要求1所述的一种服务器中低成本防烧板保护方法，其特征在于：所述第四步中，所述可编程逻辑器件传输使能信号控制所述差动电流运放器将采集到的电流转换为对应电压。
4.根据权利要求1所述的一种服务器中低成本防烧板保护方法，其特征在于：所述第五步中，所述关闭电位器后，所述可编程逻辑器件通知BMC记录比较日志。
5.一种服务器中低成本防烧板保护装置，其特征在于，包括：可编程逻辑器件、BMC、电位器、待供电设备、差动电流运放器和电压比较器；所述电位器的作用为调节电压和电流的大小；所述可编程逻辑器件连接所述BMC；所述可编程逻辑器件连接所述电位器，传输使能信号；所述电位器将电源传送给所述待供电设备；所述差动电流运放器中设有同向输入端和反向输入端以及输出端；所述待供电设备分别与所述电位器和所述差动电流运放器同向输入端连接；所述差动电流运放器反向输入端接地；所述差动电流运放器输出端连接所述电压比较器；所述电压比较器连接所述可编程逻辑器件。
6.根据权利要求5所述的一种服务器中低成本防烧板保护装置，其特征在于：所述待供电设备包括风扇、CPU、主板、硬盘、内存。
7.根据权利要求5所述的一种服务器中低成本防烧板保护装置，其特征在于：所述差动电流运放器中还设有第一内部缓冲器、第二内部缓冲器和电流源。
8.根据权利要求7所述的一种服务器中低成本防烧板保护装置，其特征在于：所述同向输入端与所述第一内部缓冲器输入端相连；所述反向输入端与第一内部缓冲器的输出端相连。
9.根据权利要求7所述的一种服务器中低成本防烧板保护装置，其特征在于：所述电流源一端连接所述第二内部缓冲器一端；所述电流源另一端接地；所述第二内部缓冲器另一端连接所述输出端。
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