CN114139224B - 一种服务器的保护装置及服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种服务器的保护装置及服务器，保护装置包括：供电单元；与所述供电单元连接的稳压芯片；与所述稳压芯片的输出端连接的负载；分别与所述稳压芯片的输出端和所述负载连接的延时模块；与所述稳压芯片连接的第一限流保护模块；与所述稳压芯片和所述第一限流保护模块连接的第二限流保护模块；其中，所述延时模块配置为基于接收到的电压的值是否小于延时模块的预设电压控制所述第一限流保护模块与所述稳压芯片导通并且所述第二限流保护模块与所述稳压芯片断开，或者所述第二限流保护模块与所述稳压芯片导通并且所述第一限流保护模块与所述稳压芯片断开。本发明的方案，使稳压芯片的过流保护功能更加精确，提高了服务器运行的可靠性。

Description

一种服务器的保护装置及服务器
技术领域
本发明涉及服务器技术领域，尤其涉及一种服务器的保护装置及服务器。
背景技术
在服务器板卡设计中，为提高服务器运行的可靠性，通常会引入短路保护机制，在发生短路时，通过短路保护机制能够及时切断供电线路的输出，防止发生烧板等严重故障，危及用户数据及机房设备的安全。
当前的短路保护一般通过稳压芯片(VR，Voltage Regulator)自带的过流保护功能(OCP，Over Current Protection)来实现。通过计算后端负载的所要求的电流值，来设定VR的OCP点，当输出电流超过OCP点时，VR切断输出。OCP点的设定，通过在VR芯片的OCP管脚与Ground之间串联固定阻值的电阻来实现。如图1所示，为现有的服务器板卡短路保护结构示意图。VR将供电单元(PSU，Power Supply Unit)输入的电压转化为固定值的电压，为后端负载供电。通过在VR芯片的OCP管脚与GND之间串联特定阻值的电阻，来设定VR的OCP点。在VR后端电路出现短路，导致VR的输出电流超过OCP点时，VR会触发OCP保护功能，切断电流输出，起到保护作用。由此设置的OCP点是按照后端负载启动时的峰值电流，没有将负载在启动和工作时所需的电流差异考虑在内。例如，在后端负载为风扇、机械硬盘等器件时，风扇、机械硬盘等器件有如下特点，其通电启动时的电流高于正常工作时的电流，比如机械硬盘的启动电流会达到其正常工作电流的2-3倍。当前的短路保护方案中，VR芯片OCP点被设置为固定值，即不论负载是正在启动还是正常工作，OCP点都是同一个值。为了保证后端负载在启动时不触发OCP保护，就必须以负载的启动电流作为基准来设定OCP点。
当前服务器板卡短路保护方法，是按照后端负载所有工况下的峰值电流为参考，来设定VR的OCP点的，且OCP点一旦设置完成便不再变动。对于风扇、机械硬盘等负载，由于其正常工作电流比所有工况下的峰值电流小很多，导致其在正常工作时VR芯片的OCP保护功能大打折扣。如果在风扇、机械硬盘等负载启动完成进入正常工作状态后，线路中发生不明显的短路，导致电流异常增大，但是尚未超过保护芯片的OCP点，便不会触发保护芯片的OCP动作，也就是说过流保护功能在这种情况下失效了。异常增大的电流会导致PCB板上热量的不断积累，最终可能引起烧板等严重事故，极大地降低了服务器的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种服务器的保护装置及服务器，解决了服务器板卡搭载的负载的启动电流比工作电流大时，稳压芯片的OCP点的限制电流由于设置过大，服务器板卡的电路上发生没有超过OCP点的电流时不会触发OCP保护机制，导致服务器板卡上热量的不断积累，甚至由此引起烧板等严重故障，以及由此导致的服务器数据丢失的问题。
基于上述目的，本发明实施例的一方面提供了一种服务器的保护装置，保护装置具体包括：
供电单元；
与所述供电单元连接的稳压芯片；
与稳压芯片的输出端连接的负载；
分别与所述稳压芯片的输出端和所述负载连接的延时模块；
与所述稳压芯片连接的第一限流保护模块；
与所述稳压芯片和所述第一限流保护模块连接的第二限流保护模块；
其中，所述延时模块配置为基于接收到的电压的值是否小于延时模块的预设电压控制所述第一限流保护模块与所述稳压芯片导通并且所述第二限流保护模块与所述稳压芯片断开，或者控制所述第二限流保护模块与所述稳压芯片导通并且所述第一限流保护模块与所述稳压芯片断开。
在一些实施方式中，所述第一限流保护模块包括：
第一MOS管；
与所述第一MOS管连接的供电电阻；
与所述供电电阻连接的供电电源；
与所述第一MOS管连接的第二MOS管；
与所述第二MOS管连接的第一电阻，所述第一电阻与所述稳压芯片连接。
在一些实施方式中，所述第二限流保护模块包括：
第三MOS管；
与所述第三MOS管连接的第二电阻，所述第二电阻分别与所述稳压芯片和所述第一电阻连接。
在一些实施方式中，所述延时模块包括：
延时芯片，所述延时芯片与所述第一MOS管和所述第三MOS管连接；
分别与所述延时芯片连接的第三电阻、第四电阻和电容，其中，所述第三电阻分别与所述稳压芯片的输出端和所述负载相连，所述第四电阻接地。
在一些实施方式中，所述延时芯片包括sense管脚、CT管脚、reset管脚，其中，所述sense管脚与所述第三电阻、第四电阻连接，所述CT管脚与所述电容连接，所述reset管脚与所述第一MOS管和所述第三MOS管连接。
在一些实施方式中，所述稳压芯片包括OCP管脚；
所述第一MOS管、所述第二MOS管均包括栅极、源极和漏极；
其中，所述第一MOS管的栅极与所述延时芯片的reset管脚连接，所述第一MOS管的漏极与所述供电电阻和所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极接地；
所述第二MOS管的漏极与所述第一电阻连接，所述第二MOS管的源极接地；
所述第一电阻与所述稳压芯片的OCP管脚连接。
在一些实施方式中，所述第三MOS管包括栅极、源极和漏极，其中，所述第三MOS管的栅极与所述延时芯片的reset管脚连接，所述第三MOS管的漏极与所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述稳压芯片的OCP管脚连接，所述第三MOS管的源极接地。
在一些实施方式中，所述延时芯片配置为响应于所述延时芯片的sense管脚接收到的电压小于延时芯片的电压阈值，所述延时芯片的reset管脚输出低电平以控制所述第一MOS管、所述第三MOS管关断并且第二MOS管导通。
在一些实施方式中，所述延时芯片还配置为响应于所述延时芯片的sense管脚接收到的电压大于等于所述延时芯片的电压阈值，所述延时芯片的reset管脚输出高电平以控制所述第一MOS管、所述第三MOS管导通并且第二MOS管关断。
本发明实施例的另一方面，还提供了一种服务器，包括如上所述的保护装置。
本发明至少具有以下有益技术效果：本实施例针对负载启动和负载正常工作两种工况，通过与稳压芯片连接的第一限流保护模块、第二限流保护模块以及同时与稳压芯片、第一限流保护模块和第二限流保护模块连接的延时模块，使延时模块根据接收的输入电压值与预设电压阈值进行比较以确定第一限流保护模块或第二限流保护模块与稳压芯片的导通或断开的时机，使得稳压芯片的过流保护功能更加精确，提升了服务器板卡短路保护功能的有效性，提高了服务器运行的可靠性。
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实施例。
图1为一种服务器的保护装置的结构示意图；
图2为本发明提供的服务器的保护装置的一实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的服务器的保护装置的一实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的服务器的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种服务器的保护装置的实施例。如图2所示，保护装置具体包括：
供电单元110；
与所述供电单元110连接的稳压芯片120；
与所述稳压芯片120的输出端连接的负载130；
分别与所述稳压芯片120的输出端和所述负载130连接的延时模块140；
与所述稳压芯片120连接的第一限流保护模块150；
与所述稳压芯片120和所述第一限流保护模块150连接的第二限流保护模块160；
其中，所述延时模块配置为基于接收到的电压的值是否小于延时模块的预设电压控制所述第一限流保护模块与所述稳压芯片导通并且所述第二限流保护模块与所述稳压芯片断开，或者控制所述第二限流保护模块与所述稳压芯片导通并且所述第一限流保护模块与所述稳压芯片断开。
本实施例中，供电单元为整个电路提供电力；稳压芯片将供电单元的输入电压转化为后端负载需要的电压后为负载供电；延时模块监控VR的输出电压的状态，若是稳压芯片的输出电压的值小于预设电压阈值，则使第一限流保护模块与稳压芯片导通并且第二限流保护模块与稳压芯片断开；若是稳压芯片的输出电压的值不小于预设电压阈值，则使第二限流保护模块与稳压芯片导通并且第一限流保护模块与稳压芯片断开。
其中，延时模块可以为延时芯片，预设电压阈值为延时芯片自身的参数，延时芯片可以输出高低电平；第一限流保护模块和第二限流保护模块可以为MOS管，基于MOS管的通断特性以及接收到的延时芯片输出的高、低电平来控制MOS管自身的通断，即相应的确定了与稳压芯片导通的MOS管。
本实施例通过与稳压芯片连接的第一限流保护模块、第二限流保护模块以及同时与稳压芯片、第一限流保护模块和第二限流保护模块连接的延时模块，使延时模块根据接收的输入电压值与预设电压阈值进行比较以确定第一限流保护模块或第二限流保护模块与稳压芯片的导通或断开的时机，使得稳压芯片的过流保护功能更加精确，可以针对负载启动和负载正常工作两种工况有不同的OPC过流短路保护点，提升了服务器板卡短路保护功能的有效性，提高了服务器运行的可靠性。
在一些实施方式中，所述第一限流保护模块包括：
第一MOS管；
与所述第一MOS管连接的供电电阻；
与所述供电电阻连接的供电电源；
与所述第一MOS管连接的第二MOS管；
与所述第二MOS管连接的第一电阻，所述第一电阻与所述稳压芯片连接。
在一些实施方式中，所述第二限流保护模块包括：
第三MOS管；
与所述第三MOS管连接的第二电阻，所述第二电阻分别与所述稳压芯片和所述第一电阻连接。
在一些实施方式中，所述延时模块包括：
延时芯片，所述延时芯片与所述第一MOS管和所述第三MOS管连接；
分别与所述延时芯片连接的第三电阻、第四电阻和电容，其中，所述第三电阻分别与所述稳压芯片的输出端和所述负载相连，所述第四电阻接地。
在一些实施方式中，所述延时芯片包括sense管脚、CT管脚、reset管脚，其中，所述sense管脚与所述第三电阻、第四电阻连接，所述CT管脚与所述电容连接，所述reset管脚与所述第一MOS管和所述第三MOS管连接。
在一些实施方式中，所述稳压芯片包括OCP管脚；
所述第一MOS管、所述第二MOS管均包括栅极、源极和漏极；
其中，所述第一MOS管的栅极与所述延时芯片的reset管脚连接，所述第一MOS管的漏极与所述供电电阻和所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极接地；
所述第二MOS管的漏极与所述第一电阻连接，所述第二MOS管的源极接地；
所述第一电阻与所述稳压芯片的OCP管脚连接。
在一些实施方式中，所述第三MOS管包括栅极、源极和漏极，其中，所述第三MOS管的栅极与所述延时芯片的reset管脚连接，所述第三MOS管的漏极与所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述稳压芯片的OCP管脚连接，所述第三MOS管的源极接地。
在一些实施方式中，所述延时芯片配置为响应于所述延时芯片的sense管脚接收到的电压小于延时芯片的电压阈值，所述延时芯片的reset管脚输出低电平以控制所述第一MOS管、所述第三MOS管关断并且第二MOS管导通。
在一些实施方式中，所述延时芯片还配置为响应于所述延时芯片的sense管脚接收到的电压大于等于所述延时芯片的电压阈值，所述延时芯片的reset管脚输出高电平以控制所述第一MOS管、所述第三MOS管导通并且第二MOS管关断。
下面通过具体的实施例对本发明的多个实施方式进行说明。
如图3所示，为本发明提供的保护装置的一实施例的结构示意图。
在图3中，保护装置包括供电单元PSU，稳压芯片VR，延时芯片，负载，由供电电阻Ru、第一电阻R1、第一MOS管Q1和第二MOS管Q2组成的第一限流保护模块，由第二电阻R2、第三MOS管Q3组成的第二限流保护模块，由第三电阻R3、第四电阻R4、延时芯片和电容C1组成的延时模块。
其中，PSU与VR连接，VR与负载连接；第一MOS管的管脚G与延时芯片的reset管脚Reset_L连接，第一MOS管的管脚D与供电电阻Ru的一端连接，供电电阻Ru的另一端连接供电电源Power连接，第一MOS管的管脚S接地；第二MOS管的管脚G同时与第一MOS管的管脚D、供电电阻Ru的一端连接，第二MOS管的管脚D与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与VR的OCP管脚连接，第二MOS管的管脚S接地；第三MOS管的管脚G与延时芯片的Reset_L连接，第三MOS管的管脚D与第二电阻的一端连接，第二电阻另一端同时与稳压芯片的OCP管脚、第一电阻的另一端连接，第三MOS管的管脚S接地；第三电阻的一端同时与VR的输出端和负载连接，第三电阻的另一端与延时芯片的sense管脚、第四电阻的一端连接，第四电阻的一端也同时连接到延时芯片的sense管脚，第四电阻的另一端接地，延时芯片的CT管脚电容C1连接。
其中，MOS管的管脚G、D、S分别表示MOS管的栅极、漏极和源极。
在本实施例中，PSU为整个电路提供电力；VR将PSU的输入电压转化为后端负载需要的电压后为负载供电；延时芯片可以监控VR的输出电压的状态，并延时一定时间后发出控制NOMS通断的信号；C1为特定容值的电容，用来设定延时芯片的延时时间；3个NMOS管作为开关，控制接入VR的OCP管脚与Ground之间的电阻R1、R2。
更进一步的，R1的阻值确定步骤如下：
计算VR后端连接的多个负载在启动所需要的电流之和I总；
根据电流之和I总，确定合适的OCP点的保护电流Iocp1；
根据OCP点的保护电流Iocp1选择对应的R1的阻值。
可选的，Iocp1＝(105％～110％)I总，R1＝VOUT/Iocp1。
更进一步的，R2的阻值确定步骤如下：
计算VR后端连接的多个负载在启动所需要的电流之和I总；
根据电流之和I总，确定合适的OCP点的保护电流Iocp2；
根据OCP点的保护电流Iocp2选择对应的R2的阻值。
可选的，Iocp1＝(105％～110％)I总，R2＝VOUT/Iocp2。
更进一步的，R3、R4为延时芯片的分压电阻，R3、R4的阻值通过公式Vout*R3/(R3+R4)＝Vsense计算得到，其中Vsense为延时芯片的固定参数，可从芯片规格书中查到。Vout为负载工作所需要的电压值，即VR的输出电压值，当VR的输出电压达到Vout时，后端负载开始上电启动。
更进一步的，C1容值的确定步骤如下：
获取负载从上电启动到进入正常工作状态所需要的时间间隔T0，负载不同，所需的时间间隔也不同；
根据公式T1＝T0+1，计算得出延时芯片的延时时间T1；
根据T1选择对应的电容C1的容值。
更进一步的，选取型号为TPS3808的延时芯片。当芯片的sense管脚的输入电压小于Vsense时，其Reset_L管脚输出低电平，此时MOS管Q1和Q3关断，Q2导通，电阻R1被串联到VR的OCP管脚与Groud之间，OCP点被设置为Iocp1；当芯片的sense管脚的输入电压大于等于Vsense时，其Reset_L管脚输出高电平，此时MOS管Q1和Q3导通，Q2关断，电阻R2被串联到VR的OCP管脚与Groud之间，OCP点被设置为Iocp2。
本实施例通过与稳压芯片连接的第一电阻、与第一电阻连接的第二MOS管、与第二MOS管连接的第一MOS管，与稳压芯片连接的第二电阻、与第二电阻连接的第三MOS管，与第一MOS管、第三MOS管连接的延时芯片，以及与稳压芯片连接的延时芯片，使延时芯片根据接收到的输入电压值与预设电压阈值进行比较以确定第一限流保护模块或第二限流保护模块与稳压芯片的导通或断开的时机，使得稳压芯片的过流保护功能更加精确，可以针对负载启动和负载正常工作两种工况有不同的OPC过流短路保护点，提升了服务器板卡短路保护功能的有效性，提高了服务器运行的可靠性。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，如图4所示，本发明的实施例还提供了一种服务器40，服务器40包括如上所述的保护装置410。
最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种服务器的保护装置，其特征在于，包括：
供电单元；
与所述供电单元连接的稳压芯片；
与所述稳压芯片的输出端连接的负载；
分别与所述稳压芯片的输出端和所述负载连接的延时模块；
与所述稳压芯片连接的第一限流保护模块，所述第一限流保护模块包括：第一MOS管；与所述第一MOS管连接的供电电阻；与所述供电电阻连接的供电电源；与所述第一MOS管连接的第二MOS管；与所述第二MOS管连接的第一电阻，所述第一电阻与所述稳压芯片连接；
与所述稳压芯片和所述第一限流保护模块连接的第二限流保护模块，所述第二限流保护模块包括：第三MOS管；与所述第三MOS管连接的第二电阻，所述第二电阻分别与所述稳压芯片和所述第一电阻连接；
其中，所述延时模块包括：延时芯片，所述延时芯片与所述第一MOS管和所述第三MOS管连接；分别与所述延时芯片连接的第三电阻、第四电阻和电容，所述第三电阻分别与所述稳压芯片的输出端和所述负载相连，所述第四电阻接地，并且所述延时模块配置为监控稳压芯片的输出电压的状态，若是稳压芯片的输出电压的值小于延时模块的预设电压阈值，则使第一限流保护模块与稳压芯片导通并且第二限流保护模块与稳压芯片断开；若是稳压芯片的输出电压的值不小于延时模块的预设电压阈值，则使第二限流保护模块与稳压芯片导通并且第一限流保护模块与稳压芯片断开。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述延时芯片包括sense管脚、CT管脚、reset管脚，其中，所述sense管脚与所述第三电阻、第四电阻连接，所述CT管脚与所述电容连接，所述reset管脚与所述第一MOS管和所述第三MOS管连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述稳压芯片包括OCP管脚；
所述第一MOS管、所述第二MOS管均包括栅极、源极和漏极；
其中，所述第一MOS管的栅极与所述延时芯片的reset管脚连接，所述第一MOS管的漏极与所述供电电阻和所述第二MOS管的栅极连接，所述第一MOS管的源极接地；
所述第二MOS管的漏极与所述第一电阻连接，所述第二MOS管的源极接地；
所述第一电阻与所述稳压芯片的OCP管脚连接。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第三MOS管包括栅极、源极和漏极，其中，所述第三MOS管的栅极与所述延时芯片的reset管脚连接，所述第三MOS管的漏极与所述第二电阻连接，所述第二电阻与所述稳压芯片的OCP管脚连接，所述第三MOS管的源极接地。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述延时芯片配置为响应于所述延时芯片的sense管脚接收到的电压小于延时芯片的电压阈值，所述延时芯片的reset管脚输出低电平以控制所述第一MOS管、所述第三MOS管关断并且第二MOS管导通。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述延时芯片还配置为响应于所述延时芯片的sense管脚接收到的电压大于等于所述延时芯片的电压阈值，所述延时芯片的reset管脚输出高电平以控制所述第一MOS管、所述第三MOS管导通并且第二MOS管关断。
7.一种服务器，其特征在于，包括如权利要求1-6任意一项所述的保护装置。
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Citations (5)

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