CN113009997B - 一种大功率直流供电系统的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大功率直流供电系统的控制方法及系统，包括：监控供电系统的供电电流；判断供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动风扇的MCU，若否，直接驱动MCU；当供电电流超过第二阈值，控制风扇降速，以降低噪音；当供电电流超过第三阈值，启动限流保护机制；当供电电流超过第四阈值，启动断电保护机制。本申请通过监控供电电流，对不同大小等级的供电电流采取相应的控制措施，在超过第一阈值时对霍尔器件的电压信号进行限幅，解决霍尔器件受干扰的问题，对超过第二阈值、第三阈值或第四阈值的供电系统提供相应的保护方案，解决了服务器在大功率大电流的情况下可能出现的安全隐患。

Description

一种大功率直流供电系统的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及供电控制领域，特别涉及一种大功率直流供电系统的控制方法及系统。

背景技术

当前，服务器的风扇通常使用直流无刷电机作为驱动模块，霍尔器件是驱动无刷电机运转的重要器件之一。由于服务器系统内部的空间较为紧密，常会遇到直流供电的铜排距离系统风扇很近的情况，如果此时服务器正在进行大功率直流供电，供电铜排会产生很大的磁场，从而影响风扇上的霍尔元件，导致风扇的MCU(Micro Control Unit，微控制单元)自我保护，风扇停转。对大功率服务器来说，散热系统的停转会对系统安全产生极大负面影响。

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

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大功率直流供电系统的控制方法及系统，以降低大功率直流供电系统中大电流对服务器正常工作的影响。其具体方案如下：

一种大功率直流供电系统的控制方法，包括：

监控供电系统的供电电流；

判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动所述风扇的MCU，若否，直接驱动所述MCU；

当所述供电电流超过第二阈值，控制所述风扇降速，以降低噪音；

当所述供电电流超过第三阈值，启动限流保护机制；

当所述供电电流超过第四阈值，启动断电保护机制；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值和所述第三阈值，所述第四阈值大于所述第二阈值和所述第三阈值。

优选的，所述控制所述风扇降速的过程，包括：

通过调节BMC输出的PWM信号，以控制所述风扇降速。

优选的，所述启动限流保护机制的过程包括：

启动限流器模块和超级电容模块。

优选的，所述启动断电保护机制的过程包括：

通过BMC控制CPLD关闭所述供电系统。

优选的，所述判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动所述风扇的MCU，若否，直接驱动所述MCU的过程，包括：

通过比较器判断所述供电电流是否超过第一阈值；

若是，通过调压模块对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅，然后将电压限幅后的所述电压信号输出到所述风扇的MCU，以驱动所述MCU；

若否，直接将所述霍尔器件的电压信号输出到所述MCU，以驱动所述MCU。

相应的，本申请公开了一种大功率直流供电系统的控制系统，包括BMC、电流传感器、调压模块、风扇的霍尔器件和所述风扇的MCU，所述BMC包括第一模块、第二模块、第三模块和第四模块，其中：

所述电流传感器用于对供电系统的供电电流进行采样；

所述第一模块用于判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，通过所述调压模块对所述霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动所述MCU，若否，直接驱动所述MCU；

所述第二模块用于当所述供电电流超过第二阈值，控制所述风扇降速，以降低噪音；

所述第三模块用于当所述供电电流超过第三阈值，启动限流保护机制；

所述第四模块用于当所述供电电流超过第四阈值，启动断电保护机制；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值和所述第三阈值，所述第四阈值大于所述第二阈值和所述第三阈值。

优选的，所述第二模块具体用于：

调节输出的PWM信号，用控制所述风扇降速。

优选的，所述第三模块具体用于：

启动所述控制系统的限流器模块和超级电容模块。

优选的，所述第四模块具体用于：

通过所述控制系统的CPLD关闭所述供电系统。

优选的，所述第一模块具体用于：

通过所述控制系统的比较器判断所述供电电流是否超过所述第一阈值，若是，则使能所述调压模块；

所述调压模块具体用于：

在使能状态下对所述霍尔器件的电压信号进行电压限幅，然后将电压限幅后的所述电压信号输出到所述MCU，以驱动所述MCU；

在非使能状态下将所述霍尔器件的电压信号直接输出到所述MCU，以驱动所述MCU。

本申请公开了一种大功率直流供电系统的控制方法，包括：监控供电系统的供电电流；判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动所述风扇的MCU，若否，直接驱动所述MCU；当所述供电电流超过第二阈值，控制所述风扇降速，以降低噪音；当所述供电电流超过第三阈值，启动限流保护机制；当所述供电电流超过第四阈值，启动断电保护机制；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值和所述第三阈值，所述第四阈值大于所述第二阈值和所述第三阈值。本申请通过监控供电电流，对不同大小等级的供电电流采取相应的控制措施，在超过第一阈值时对霍尔器件的电压信号进行限幅，解决霍尔器件受干扰的问题，对超过第二阈值、第三阈值或第四阈值的供电系统提供相应的保护方案，解决了服务器在大功率大电流的情况下可能出现的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种大功率直流供电系统的控制方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例中一种大功率直流供电系统的控制系统的结构分布图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

由于服务器系统内部的空间较为紧密，常会遇到直流供电的铜排距离系统风扇很近的情况，如果此时服务器正在进行大功率直流供电，供电铜排会产生很大的磁场，从而影响风扇上的霍尔元件，导致风扇的MCU自我保护，风扇停转。对大功率服务器来说，散热系统的停转会对系统安全产生极大负面影响。本申请通过监控供电电流，对不同大小等级的供电电流采取相应的控制措施，在超过第一阈值时对霍尔器件的电压信号进行限幅，解决霍尔器件受干扰的问题，对超过第二阈值、第三阈值或第四阈值的供电系统提供相应的保护方案，解决了服务器在大功率大电流的情况下可能出现的安全隐患。

通常，对服务器的供电系统和散热系统的控制，包括BMC(Baseboard ManagementController，基板管理控制器)、CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)和MCU，其中BMC通过CPLD控制供电系统的大功率直流电源，BMC向MCU输出PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号，同时MCU还会收到风扇电机附近的霍尔器件输出的电压信号，MCU根据PWM信号和霍尔器件输出的电压信号向风扇输出控制信号。

本发明实施例公开了一种大功率直流供电系统的控制方法，参见图1所示，包括：

S1：监控供电系统的供电电流；

S2：判断供电电流是否超过第一阈值，若是，执行步骤S3，若否，执行步骤S4；

S3：对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅，然后执行步骤S4；

S4：驱动风扇的MCU；

可以理解的是，正常运行中，霍尔器件的电压信号直接输出到风扇的MCU，驱动MCU使风扇运转，但是随着负载增加，供电系统的供电电流也会增加，当供电电流超过第一阈值时，供电电流产生的磁场足够影响霍尔器件的电压输出，如果直接将电压信号输出到MCU，极可能直接触发MCU保护导致风扇停转，同时负载还在大量产热，存在较大的安全隐患。因此，本申请在供电电流超过第一阈值时对霍尔器件输出的电压信号进行电压限幅，限幅后的电压输出到MCU不会再触发保护，同时MCU的驱动需要霍尔器件的电压信号中频率信息，该频率信息并不会在电压限幅时受到影响，因此MCU可收到的电压信号有效，可用于驱动MCU。

其中，步骤S2-S4的内容具体可通过比较器和调压模块实现，具体的：

通过比较器判断供电电流是否超过第一阈值；

若是，通过调压模块对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅，然后将电压限幅后的电压信号输出到风扇的MCU，以驱动MCU；

若否，直接将霍尔器件的电压信号输出到MCU，以驱动MCU。

S5：当供电电流超过第二阈值，控制风扇降速，以降低噪音；

可以理解的是，风扇的速度通常由BMC输出的PWM信号进行调整，在供电电流增加到超过第二阈值的过程中，安全起见系统散热的速度也应该加快，因此风扇的转速加快，当风扇在极限转速下运行太久，工作稳定心减弱，同时会产生较大的噪音，影响客户的使用感受，因此可通过调节BMC输出的PWM信号，以控制风扇降速，减弱噪音。

S6：当供电电流超过第三阈值，启动限流保护机制；

进一步的，启动限流保护机制的动作具体包括：启动限流器模块和超级电容模块。可以理解的是，启动限流器模块时，限流器模块被接入供电系统中，可部分地限制供电电流，同时超级电容模块作为系统突然断电的备用保护，开启超级电容模块也即将超级电容模块接入供电系统，一旦供电系统突然断电，超级电容模块能够提供短暂供电，保证数据的存储安全。

S7：当供电电流超过第四阈值，启动断电保护机制；

具体的，第四阈值为供电系统或服务器达到极限时的供电电流，为了避免系统崩溃或主板烧坏，此时应启动断电保护机制，启动断电保护机制的动作包括通过BMC控制CPLD关闭供电系统。

其中，第一阈值小于第二阈值和第三阈值，第四阈值大于第二阈值和第三阈值。

可以理解的是，本实施例中，四个用于判断是否动作的电流值中，第一阈值最小，第四阈值最大，第二阈值根据用户对风扇噪声的感知程度确定，第三阈值根据用户操作习惯以及供电系统中各模块开启保护的延时确定，第二阈值和第三阈值没有必然的大小关系，因此步骤S5和S6没有必须的先后关系，在满足相关条件时执行相应的操作即可。

本申请通过监控供电电流，对不同大小等级的供电电流采取相应的控制措施，在超过第一阈值时对霍尔器件的电压信号进行限幅，解决霍尔器件受干扰的问题，对超过第二阈值、第三阈值或第四阈值的供电系统提供相应的保护方案，解决了服务器在大功率大电流的情况下可能出现的安全隐患。

相应的，本申请公开了一种大功率直流供电系统的控制系统，参见图2所示，包括BMC 1、电流传感器2、调压模块3、风扇的霍尔器件4和风扇的MCU5，BMC 1包括第一模块、第二模块、第三模块和第四模块，其中：

电流传感器2用于对供电系统的供电电流进行采样；

第一模块用于判断供电电流是否超过第一阈值，若是，通过调压模块3对霍尔器件4的电压信号进行电压限幅后驱动MCU 5，若否，直接驱动MCU 5；

第二模块用于当供电电流超过第二阈值，控制风扇降速，以降低噪音；

第三模块用于当供电电流超过第三阈值，启动限流保护机制；

第四模块用于当供电电流超过第四阈值，启动断电保护机制；

其中，第一阈值小于第二阈值和第三阈值，第四阈值大于第二阈值和第三阈值。

优选的，第二模块具体用于：

调节输出的PWM信号，用控制风扇降速。

优选的，第三模块具体用于：

启动控制系统的限流器模块6和超级电容模块7。

优选的，第四模块具体用于：

通过控制系统的CPLD 8关闭供电系统。

优选的，第一模块具体用于：

通过控制系统的比较器9判断供电电流是否超过第一阈值，若是，则使能调压模块3；

调压模块3具体用于：

在使能状态下对霍尔器件4的电压信号进行电压限幅，然后将电压限幅后的电压信号输出到MCU 5，以驱动MCU 5；

在非使能状态下将霍尔器件4的电压信号直接输出到MCU 5，以驱动MCU 5。

本申请通过监控供电电流，对不同大小等级的供电电流采取相应的控制措施，在超过第一阈值时对霍尔器件的电压信号进行限幅，解决霍尔器件受干扰的问题，对超过第二阈值、第三阈值或第四阈值的供电系统提供相应的保护方案，解决了服务器在大功率大电流的情况下可能出现的安全隐患。

最后，还需要说明的是，在本文中，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。在没有更多限制的情况下，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。

以上对本发明所提供的一种大功率直流供电系统的控制方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种大功率直流供电系统的控制方法，其特征在于，包括：

监控供电系统的供电电流；

判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动所述风扇的MCU，若否，直接驱动所述MCU；

当所述供电电流超过第二阈值，控制所述风扇降速，以降低噪音；

当所述供电电流超过第三阈值，启动限流保护机制；

当所述供电电流超过第四阈值，启动断电保护机制；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值和所述第三阈值，所述第四阈值大于所述第二阈值和所述第三阈值；

所述判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动所述风扇的MCU，若否，直接驱动所述MCU的过程，包括：

判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后利用所述电压信号的频率信息驱动所述风扇的MCU，若否，直接利用所述电压信号的频率信息驱动所述MCU。

2.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述控制所述风扇降速的过程，包括：

通过调节BMC输出的PWM信号，以控制所述风扇降速。

3.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述启动限流保护机制的过程包括：

启动限流器模块和超级电容模块。

4.根据权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述启动断电保护机制的过程包括：

通过BMC控制CPLD关闭所述供电系统。

5.根据权利要求1至4任一项所述控制方法，其特征在于，所述判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动所述风扇的MCU，若否，直接驱动所述MCU的过程，包括：

通过比较器判断所述供电电流是否超过第一阈值；

若是，通过调压模块对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅，然后将电压限幅后的所述电压信号输出到所述风扇的MCU，以驱动所述MCU；

若否，直接将所述霍尔器件的电压信号输出到所述MCU，以驱动所述MCU。

6.一种大功率直流供电系统的控制系统，其特征在于，包括BMC、电流传感器、调压模块、风扇的霍尔器件和所述风扇的MCU，所述BMC包括第一模块、第二模块、第三模块和第四模块，其中：

所述电流传感器用于对供电系统的供电电流进行采样；

所述第一模块用于判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，通过所述调压模块对所述霍尔器件的电压信号进行电压限幅后驱动所述MCU，若否，直接驱动所述MCU；

所述第二模块用于当所述供电电流超过第二阈值，控制所述风扇降速，以降低噪音；

所述第三模块用于当所述供电电流超过第三阈值，启动限流保护机制；

所述第四模块用于当所述供电电流超过第四阈值，启动断电保护机制；

其中，所述第一阈值小于所述第二阈值和所述第三阈值，所述第四阈值大于所述第二阈值和所述第三阈值；

其中所述第一模块具体用于：

判断所述供电电流是否超过第一阈值，若是，对风扇的霍尔器件的电压信号进行电压限幅后利用所述电压信号的频率信息驱动所述风扇的MCU，若否，直接利用所述电压信号的频率信息驱动所述MCU。

7.根据权利要求6所述控制系统，其特征在于，所述第二模块具体用于：

调节输出的PWM信号，用控制所述风扇降速。

8.根据权利要求6所述控制系统，其特征在于，所述第三模块具体用于：

启动所述控制系统的限流器模块和超级电容模块。

9.根据权利要求6所述控制系统，其特征在于，所述第四模块具体用于：

通过所述控制系统的CPLD关闭所述供电系统。

10.根据权利要求6至9任一项所述控制系统，其特征在于，所述第一模块具体用于：

通过所述控制系统的比较器判断所述供电电流是否超过所述第一阈值，若是，则使能所述调压模块；

所述调压模块具体用于：

在使能状态下对所述霍尔器件的电压信号进行电压限幅，然后将电压限幅后的所述电压信号输出到所述MCU，以驱动所述MCU；

在非使能状态下将所述霍尔器件的电压信号直接输出到所述MCU，以驱动所述MCU。

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