CN112927907B - 一种多相耦合电感调压器的动态优化系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多相耦合电感调压器的动态优化系统，包括采集装置、处理装置及设于多相耦合电感调压器的输出端的释能装置，其中：采集装置，用于采集附加电感的电流信号，并输出与电流信号对应的压降信号；处理装置，用于根据压降信号确定系统运行状态，当系统运行状态为重载转轻载状态时，生成第一触发信号；释能装置，用于当接收到第一触发信号，释放系统由重载转轻载时产生的能量。本申请能够对重载转轻载时产生多余的能量进行释放，避免多相耦合电感调压器的输出电压过充，对负载造成损坏。

Description

一种多相耦合电感调压器的动态优化系统

技术领域

本申请涉及数据中心领域，特别涉及一种多相耦合电感调压器的动态优化系统。

背景技术

数据中心所使用的高功率集成电路会消耗大量的能量，同时随着数据处理量的波动，电流也快速波动。现阶段为了同时满足输出电流与输出电压的品质，需要在负载侧加入大量的耦合电容。但是，电流需求逐渐增大，现有板卡面积不变，传统的供电方式逐渐显示出了局限性。在电流存在较大变化的同时，其输出电压本身会出现较大的波动。

为了优化传统供电方案动态响应速率，可以采用耦合电感的方式，将大电流多相供电中输出电感串联使用，从而构成了多相耦合电感调压器，多相耦合电感调压器的架构中输出电感均为耦合电感，其原边侧为传统BUCK供电架构中的输出电感，其副边侧跟其他相和附加电感首尾串联在一起构成一个次级回路。当负载电流出现变化时，开通的开关模块所产生的纹波电流会通过次级回路耦合到其他输出电感上，使动态电压参数得到优化。由于次级耦合线路由电感组成，不存在电能消耗元件，因此，当负载电流从大到小变化时，即系统由重载转轻载时，产生的能量会导致输出电压上冲，存在安全隐患。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种多相耦合电感调压器的动态优化系统，能够对重载转轻载时产生多余的能量进行释放，避免多相耦合电感调压器的输出电压过充，对负载造成损坏。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种多相耦合电感调压器的动态优化系统，包括采集装置、处理装置及设于多相耦合电感调压器的输出端的释能装置，其中：

所述采集装置，用于采集附加电感的电流信号，并输出与所述电流信号对应的压降信号；

所述处理装置，用于根据所述压降信号确定系统运行状态，当所述系统运行状态为重载转轻载状态时，生成第一触发信号；

所述释能装置，用于当接收到所述第一触发信号，释放系统由重载转轻载时产生的能量。

优选的，所述采集装置包括第一电阻和第一电容，其中：

所述第一电阻的第一端与所述附加电感的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述附加电感的寄生电阻连接。

优选的，所述处理装置包括运算放大器，所述运算放大器的输入端与所述采集装置的输出端连接。

优选的，所述采集装置包括第一电阻和第一电容，其中：

所述第一电阻的第一端与所述附加电感的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述附加电感的寄生电阻的第一端连接后接地，所述第一电阻和所述第一电容的公共端作为所述采集装置的第一输出端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第一电阻和所述寄生电阻的公共端作为所述采集装置的第二输出端与所述运算放大器的同相输入端连接。

优选的，所述释能装置包括第二电阻、第三电阻及开关管，其中：

所述第二电阻的第一端与所述开关管的驱动端连接后的公共端，用于接入触发信号，所述开关管的第一端连接所述多相耦合电感调压器的输出端，所述开关管的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端及所述第二电阻的第二端均接地；

当所述触发信号为所述第一触发信号，所述开关管导通。

优选的，所述开关管为MOS管。

优选的，所述根据所述压降信号确定系统运行状态的过程包括：

当所述压降信号小于0，判定所述系统运行状态为重载转轻载状态；

当所述压降信号大于0，判定所述系统运行状态为轻载转重载状态；

当所述压降信号等于0，判定所述系统运行状态为稳态。

本申请提供了一种多相耦合电感调压器的动态优化系统，考虑到当系统运行状态为重载转轻载或轻载转重载时，附加电感上的电流会相应发生变化，基于此，本申请设置一个采集装置获取附加电感的电流值，设置一个处理装置根据附加电感的电流值对应的压降确定系统运行状态，系统运行状态为重载转轻载状态时，通过设置于多相耦合电感调压器输出端的释能装置对重载转轻载时产生多余的能量进行释放，避免多相耦合电感调压器的输出电压过充，对负载造成损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请所提供的一种多相耦合电感调压器的动态优化系统的结构示意图；

图2为本申请所提供的一种流经附加电感的电流波形图；

图3为本申请所提供的另一种多相耦合电感调压器的动态优化系统的结构示意图；

图4为本申请所提供的另一种多相耦合电感调压器的动态优化系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种多相耦合电感调压器的动态优化系统，能够对重载转轻载时产生多余的能量进行释放，避免多相耦合电感调压器的输出电压过充，对负载造成损坏。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请所提供的一种多相耦合电感调压器的动态优化系统的结构示意图，该动态优化系统采集装置1、处理装置2及设于多相耦合电感调压器的输出端的释能装置3，其中：

采集装置1，用于采集附加电感LC的电流信号，并输出与电流信号对应的压降信号；

处理装置2，用于根据压降信号确定系统运行状态，当系统运行状态为重载转轻载状态时，生成第一触发信号；

释能装置3，用于当接收到第一触发信号，释放系统由重载转轻载时产生的能量。

具体的，流经附加电感LC的电流波形如图2所示，当系统正常运行时，流经附加电感LC的有效电流值ΔI＝0，当系统由轻载转为重载时，由于单相开关模块的开通时间延长，所以流经附加电感LC的电流波形整体提升，其有效电流值ΔI＞0，当系统由重载转为轻载时，由于单相开关模块的开通时间减小，所以流经附加电感LC的电流波形整体下降，其有效电流值ΔI＜0。又由于实际使用时，附加电感LC存在一定阻抗，当有效电流变化时，通过附加电感LC的直流压降的变化即可得到系统运行状态，基于此，本申请设置采集装置1，用于采集流经附加电感LC的电流信号，并输出与电流信号对应的压降信号。

其中，系统运行状态包括重载转轻载状态、轻载转重载状态以及稳态，当压降信号为0时，说明系统当前处于稳态，当压降信号大于0时，说明系统当前处于轻载转重载状态，附加电感LC上的纹波电流会整体偏高，相应电流耦合到原边电感侧抑制输出电压的迅速跌落，当压降信号小于0，说明系统当前处于重载转轻载状态，转换过程中，会产生多余的能量，处理装置2在判定当前系统运行状态为重载转轻载状态时，生成第一触发信号，设于多相耦合电感调压器输出端的释能装置3在接收到第一触发信号后，将系统由重载转轻载时产生的能量释放，从而避免多相耦合电感调压器的输出电压过冲，对负载造成损害。

本申请提供了一种多相耦合电感调压器的动态优化系统，考虑到当系统运行状态为重载转轻载或轻载转重载时，附加电感上的电流会相应发生变化，基于此，本申请设置一个采集装置获取附加电感的电流值，设置一个处理装置根据附加电感的电流值对应的压降确定系统运行状态，系统运行状态为重载转轻载状态时，通过设置于多相耦合电感调压器输出端的释能装置对重载转轻载时产生多余的能量进行释放，避免多相耦合电感调压器的输出电压过充，对负载造成损坏。

请参照图3，图3为本申请所提供的另一种多相耦合电感调压器的动态优化系统的结构示意图，在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，采集装置1包括第一电阻R1和第一电容C1，其中：

第一电阻R1的第一端与附加电感LC的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端与附加电感LC的寄生电阻R0连接。

具体的，考虑到附加电感LC中存在寄生电阻R0，因此，本申请中的采集装置1还设置有与第一电阻R1串联的第一电容C1，通过合理设置第一电阻R1的阻值和第一电容C1的容值，可以使第一电容C1上采集到的电压等于寄生电阻R0上的电压值，从而使采集装置1获取到的电流信号可以等效为流经附加电感LC的电流，提高了获取到的电流信号的准确性和可靠性。

请参照图4，图4为本申请所提供的另一种多相耦合电感调压器的动态优化系统的结构示意图，在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，处理装置2包括运算放大器，运算放大器的输入端与采集装置1的输出端连接。

作为一种优选的实施例，采集装置1包括第一电阻R1和第一电容C1，其中：

第一电阻R1的第一端与附加电感LC的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端与附加电感LC的寄生电阻R0的第一端连接后接地，第一电阻R1和第一电容C1的公共端作为采集装置1的第一输出端与运算放大器的反相输入端连接，第一电阻R1和寄生电阻R0的公共端作为采集装置1的第二输出端与运算放大器的同相输入端连接。

具体的，处理装置2可以选用比较器，或选用运算放大器实现比较器的功能，运算放大器的同相输入端和反相输入端接在第一电容C1的两端，即接入采样装置输出的压降信号，根据压降信号确定系统运行状态，当压降信号小于0，即运算放大器同相输入端的电压大于其反相输入端的电压，此时系统当前处于重载转轻载状态，运算放大器输出第一触发信号，第一触发信号为高电平信号，当压降信号大于0时，即运算放大器反相输入端的电压大于其同相输入端的电压，此时系统当前处于轻载转重载状态，运算放大器输出第二触发信号，第二触发信号为低电平信号；当压降信号为0时，输出的触发信号根据实际工程需要设置，本申请中可以设置为控制释能装置3不工作的信号。

当然，处理装置2除了可以选用上述器件，还可以选择处理芯片，如FPGA等，本申请对此不作具体的限定。

作为一种优选的实施例，释能装置3包括第二电阻R2、第三电阻R3及开关管Q，其中：

第二电阻R2的第一端与开关管Q的驱动端连接后的公共端，用于接入触发信号，开关管Q的第一端连接多相耦合电感调压器的输出端，开关管Q的第二端连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端及第二电阻R2的第二端均接地；

当触发信号为第一触发信号，开关管Q导通。

作为一种优选的实施例，开关管Q为MOS管。

具体的，释能装置3中包括第二电阻R2、第三电阻R3和开关管Q，相应的，上述触发信号即为控制开关管Q导通或关断的信号，具体的，当处理装置2判定系统处于稳定工作状态或轻载转重载状态时，输出低电平信号控制开关管Q关断，当判定系统处于重载转轻载状态时输出高电平信号，控制开关管Q导通，开关管Q导通后，即可将系统由重载转轻载生成的多余的电能通过开关管Q和电阻释放，从而达到抑制多相耦合电感调压器输出端电压过冲的效果，提高安全性。

其中，开关管Q可以选用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、GTO(Gate Turn-off Thyristor，门极可关断晶闸管)、GTR(Giant Transistor，大功率晶体管或电力晶体管)、MOSFET

(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor，集成门极环流晶闸管)、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor，电子注入增强栅晶体管)或其他具有相似功能的半导体开关器件。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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，在其他实施例中实现。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 (3)

1.一种多相耦合电感调压器的动态优化系统，其特征在于，包括采集装置、处理装置及释能装置，其中：

将多相耦合电感调压器的每一相的副边侧的耦合电感串联连接，再连接一附加电感；

所述采集装置，用于采集所述附加电感的电流信号，并输出与所述电流信号对应的压降信号；

所述处理装置，用于根据所述压降信号确定系统运行状态，当所述系统运行状态为重载转轻载状态时，生成第一触发信号；

所述释能装置，用于当接收到所述第一触发信号，释放系统由重载转轻载时产生的能量，所述释能装置连接所述多相耦合电感调压器的输出端；

所述处理装置包括运算放大器，所述运算放大器的输入端与所述采集装置的输出端连接；

所述采集装置包括第一电阻和第一电容，其中：

所述第一电阻的第一端与所述附加电感的第一端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述附加电感的寄生电阻的第一端连接后接地，所述第一电阻和所述第一电容的公共端作为所述采集装置的第一输出端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第一电阻和所述寄生电阻的公共端作为所述采集装置的第二输出端与所述运算放大器的同相输入端连接；

所述释能装置包括第二电阻、第三电阻及开关管，其中：

所述第二电阻的第一端与所述开关管的驱动端连接后的公共端，用于接入触发信号，所述开关管的第一端连接所述多相耦合电感调压器的输出端，所述开关管的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端及所述第二电阻的第二端均接地；

当所述触发信号为所述第一触发信号，所述开关管导通。

2.根据权利要求1所述的多相耦合电感调压器的动态优化系统，其特征在于，所述开关管为MOS管。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的多相耦合电感调压器的动态优化系统，其特征在于，所述根据所述压降信号确定系统运行状态的过程包括：

当所述压降信号小于0，判定所述系统运行状态为重载转轻载状态；

当所述压降信号大于0，判定所述系统运行状态为轻载转重载状态；

当所述压降信号等于0，判定所述系统运行状态为稳态。

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