CN114552762A - 一种服务器电源掉电维持时间的控制方法及系统 - Google Patents

一种服务器电源掉电维持时间的控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种服务器电源掉电维持时间的控制方法及系统，方法包括分别检测服务器电源的输出供电状态信号以及服务器电源的输入供电状态信号；当所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平时，使能二级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持。本发明在现有掉电维持策略的基础上，增加基于低压超级电容的二级掉电维持模块，降低现有服务器电源的高压电解电容承担服务器掉电维持供电时间的比例，将主要的掉电维持供电时间要求转移到新增的低压的储能单元实现，提升了服务器电源的功率密度，另外根据不同需求二级掉电维持模块的设计更加灵活，服务器电源部分的功率密度将得到进一步提升。

Description

一种服务器电源掉电维持时间的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电源稳定性技术领域，尤其是一种服务器电源掉电维持时间的控制方法及系统。
背景技术
由于服务器技术及相关关键电子部件的性能及功耗提升，服务器尺寸压缩，服务器电源模块整体供电稳定性面临新的挑战。电源尺寸空间压缩和电源的功率增加是一个矛盾却又同步推进的事实，在服务器电源功率密度提升的过程中电源内部电解电容的尺寸约束是行业内一大重点难题。服务器电源较传统电源有很高的可靠性要求和备份要求，为保证服务器系统在外部供电掉电后能确保数据的快速备份和状态收集，服务器电源有一项重要的规格指标-掉电维持时间(holdup_time)，即服务器供电掉电后电源需要维持供电输出保证电源能够接收到掉电信息后及时进行备份及日志记录；一般电源的掉电维持时间在ms等级，主要依靠电源内部的高压电解电容(bulk电容)的储能维持供电。
电源模块通常将230Vac/240Vdc的供电经内部功率因数校正电路升压成420Vdc供电，然后经过隔离的DC/DC功率转化将420V直流供电(Vdc_HV)转化为12Vdc或者54Vdc供电。bulk电容位于功率因数校正电路后端420Vdc供电部分，电源输入230Vac/240Vdc掉电后电源主要通过bulk电容继续给后端DC/DC转化供电，bulk电容的电压从420V逐渐降低到350V(低于350V供电后DC/DC的电压增益无法支持后端12V、54V的输出)。那么电源从420V电压降低到350V的掉电时间释放的能量就是电源输出维持时间对应的能量；由于bulk电容位于功率因数校正电路输出位置因此电容选用耐压高、容量大的电解电容。
现有的掉电维持时间主要受bulk电容的制约，电源的功率越大理论上电容的容量越大，但是电容的耐电压又是属于高压耐压，因此电源中bulk电容的尺寸随着电源的功率等级逐渐变大；这就变相的影响了电源的功率密度的提升。另外随着电源功率的增加电源想要维持相同的保持时间那么所需的电容容量也要随着做线性增加。但是在高容量电源的设计中并未出现线性增长，以3000W电源为例保证10ms的掉电维持时间需要将电源的bulk电容容量增加到1425uF,实际上市场上并未有如此大容量高耐压(450V以上)电容的。而且服务器电源的尺寸空间和1U的高度也影响着该规格电容的开发，设计逐渐在向着降低掉电保持时间的方式进行妥协。
发明内容
本发明提供了一种服务器电源掉电维持时间的控制方法及系统，用于解决现有服务器电源的设计架构不能满足掉电维持时间需求的问题。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明第一方面提供了一种服务器电源掉电维持时间的控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1，分别检测服务器电源的输出供电状态信号以及服务器电源的输入供电状态信号；
S2,当所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平时，使能二级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持。
进一步地，所述方法在步骤S1之前还包括：
检测服务器电源的供电输入状态信号；
当所述输入状态信号为低电平时，使能一级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持；
所述一级储能单元放电完成后，所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平。
进一步地，所述一级储能单元为高压电解电容，所述二级储能单元为低压超级电容。
进一步地，所述二级储能单元进入放电状态之前，还包括检测自身电压的过程，具体为：
检测二级储能单元电压；
若所述二级储能单元电压小于预设电压阈值，则分别检测服务器主板电压、输出供电状态信号和输入供电状态信号；
在所述主板电压不低于预设阈值，且输出供电状态信号和输入供电状态信号均为高电平时，使能二级存储单元进入充电状态。
本发明第二方面提供了一种服务器电源掉电维持时间的控制系统，包括一级掉电维持模块和DC/DC功率转换模块，所述系统还包括二级掉电维持模块，所述二级掉电维持模块通过所述DC/DC功率转换模块连接所述一级掉电维持模块，所述二级掉电维持模块包括：
掉电检测单元，用于分别检测服务器电源的输出供电状态信号以及服务器电源的输入供电状态信号；
二级掉电维持单元，用于当所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平时，使能二级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持。
进一步地，所述一级掉电维持模块包括：
电压获取单元，检测服务器电源的供电输入状态信号；
一级掉电维持单元，当所述输入状态信号为低电平时，使能一级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持；
所述一级储能单元放电完成后，所述DC/DC功率转换模块输出的输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平。
进一步地，所述一级储能单元为高压电解电容，所述二级储能单元为低压超级电容。
进一步地，所述二级掉电维持模块还包括：
电压自检单元，用于检测二级储能单元电压；
充电单元，在所述主板电压不低于预设阈值，且输出供电状态信号和输入供电状态信号均为高电平时，使能二级存储单元进入充电状态。
进一步地，所述二级掉电维持模块还包括防倒灌单元，所述防倒灌单元在二级储能单元电压低于所述预设阈值时，防止服务器主板的反向充电。
本发明第三方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令在所述系统上运行时，使所述系统执行所述方法的步骤。
本发明第二方面的所述服务器电源掉电维持时间的控制系统能够实现第一方面及第一方面的各实现方式中的方法，并取得相同的效果。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明在现有掉电维持策略的基础上，增加基于低压超级电容的二级掉电维持模块，降低现有服务器电源的高压电解电容承担服务器掉电维持供电时间的比例，将主要的掉电维持供电时间要求转移到新增的低压的储能单元实现，通过结合服务器电源的状态信号控制掉电维持供电模块的工作状态切换，实现掉电维持供电模块的掉电维持放电功能。提升了服务器电源的功率密度，另外根据不同需求二级掉电维持模块的设计更加灵活，服务器电源部分的功率密度将得到进一步提升。
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，对于本领域普通技术人员而言，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是本发明所述方法实施例的流程示意图；
图2是本发明所述二级储能端的工作原理示意图；
图3是本发明所述系统实施例的结构示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种服务器电源掉电维持时间的控制方法，所述方法包括以下步骤：
S1，分别检测服务器电源的输出供电状态信号以及服务器电源的输入供电状态信号；
S2,当所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平时，使能二级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持。
本发明方法实施例的其一实现方式中，所述方法在步骤S1之前还包括：
S0,检测服务器电源的供电输入状态信号；当所述输入状态信号为低电平时，使能一级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持；所述一级储能单元放电完成后，所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平。
电源以及保留当前掉电维持时间但步骤S0中所述一级储能单元的规格降低。以3000W服务器电源为例，原有的10ms的掉电维持时间电源内部的bulk电容(即本实施例所述的一级储能单元)为满足该规格需要选用1400uF以上450V耐压的电解电容，实际很难实现。本实施例新的设计中将一级储能单元所实现的电源掉电维持时间降低，以3000W供电电源为例，将电源模块的掉电维持时间降低到4ms，那么一级储能单元的容量将降低到560uf,该规格尺寸的电解电容更加常见且性价比优秀。
步骤S1中，服务器主板电压为12V，服务器电源的输出供电状态信号为PWOK信号，该信号用于反馈12V输出供电状态，12V正常输出为3.3V高电位，12V输出关断前将电位拉低；服务器电源的输入供电状态信号为Vin_good信号，该信号用于反馈服务器电源输入供电状态，当输入供电正常时该信号为3.3V高电位，输入电压异常或者掉电状态将电位拉低。
步骤S2中，当检测到PWOK、Vin_GOOD信号按照时序逐一拉低的情况下(Vin_GOOD先为低，PWOK信号再拉低)，二级储能单元切换到放电状态(避免电源保护状态下误触发为掉电维持供电状态)。
本实施例中一级储能单元为高压电解电容，二级储能单元为低压超级电容。低压超级电容以13V规格的超级电容单体为主体，以3000W电源供电维持时间为例，储能单元部分的超级电容维持时间设置在6ms的基础下储能单元由13V降低到11.6V所需要的13.5V的超级电容容量大约1F，但是考虑到放电速度和散热需求可以在计算容值基础上增加一定倍数的超级电容容量去满足放电需求，不再赘述。
如图2所示，还包括检测自身电压的过程，具体为：
自检二级储能单元电压是否大于13V，若是，则判断服务器电源Vin_GOOD信号是否为低，若Vin_GOOD信号为低，则判断服务器电源PWOK信号是否为低，若PWOK信号为低，则进入放电状态；
若自检二级储能单元电压不大于13V，则检测主板电压、服务器电源PWOK信号和Vin_GOOD信号，当主板电压大于11.6V，PWOK信号为高，Vin_GOOD信号为高时，进入充电状态，待二级储能单元电压高于13V后，进入待机放电状态。
上述充电过程中包括浮充阶段，确保储能电源电压能维持在13V；放电过程中包括硬件防倒灌电路，确保在二级储能单元电压低于系统主板12V供电电压下打开对外放电模式，实际造成反向充电。
如图3所示，本发明实施例还提供了一种服务器电源掉电维持时间的控制系统，包括一级掉电维持模块、DC/DC功率转换模块和二级掉电维持模块，所述二级掉电维持模块通过所述DC/DC功率转换模块连接所述一级掉电维持模块，所述二级掉电维持模块包括掉电检测单元、二级掉电维持单元和充放电控制模块。
掉电检测单元用于分别检测服务器电源的输出供电状态信号以及服务器电源的输入供电状态信号；二级掉电维持单元用于当所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平时，使能二级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持。
充放电控制模块用于使能二级储能单元的充放电，内部包含控制逻辑和检测功能，因此由服务器主板进行3.3V供电，这样保证主板进入待机状态后供电模块使能；另外供电模块预留I2C通讯单元用于反馈掉电维持供电模块的输入输出状态以及电压状态。
所述一级掉电维持模块包括电压获取单元和一级掉电维持单元。
电压获取单元检测服务器电源的供电输入状态信号；一级掉电维持单元当所述输入状态信号为低电平时，使能一级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持。
所述一级储能单元放电完成后，所述DC/DC功率转换模块输出的输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平。
所述一级储能单元为高压电解电容，所述二级储能单元为低压超级电容。
所述二级掉电维持模块还包括电压自检单元和充电单元。
电压自检单元用于检测二级储能单元电压；充电单元在所述主板电压不低于预设阈值，且输出供电状态信号和输入供电状态信号均为高电平时，使能二级存储单元进入充电状态。
所述二级掉电维持模块还包括防倒灌单元，所述防倒灌单元在二级储能单元电压低于所述预设阈值时，防止服务器主板的反向充电。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，所述计算机指令在所述系统上运行时，使所述系统执行所述方法的步骤。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种服务器电源掉电维持时间的控制方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
S1，分别检测服务器电源的输出供电状态信号以及服务器电源的输入供电状态信号；
S2,当所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平时，使能二级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持。
2.根据权利要求1所述服务器电源掉电维持时间的控制方法，其特征是，所述方法在步骤S1之前还包括：
检测服务器电源的供电输入状态信号；
当所述输入状态信号为低电平时，使能一级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持；
所述一级储能单元放电完成后，所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平。
3.根据权利要求2所述服务器电源掉电维持时间的控制方法，其特征是，所述一级储能单元为高压电解电容，所述二级储能单元为低压超级电容。
4.根据权利要求1所述服务器电源掉电维持时间的控制方法，其特征是，所述二级储能单元进入放电状态之前，还包括检测自身电压的过程，具体为：
检测二级储能单元电压；
若所述二级储能单元电压小于预设电压阈值，则分别检测服务器主板电压、输出供电状态信号和输入供电状态信号；
在所述主板电压不低于预设阈值，且输出供电状态信号和输入供电状态信号均为高电平时，使能二级存储单元进入充电状态。
5.一种服务器电源掉电维持时间的控制系统，包括一级掉电维持模块和DC/DC功率转换模块，其特征是，所述系统还包括二级掉电维持模块，所述二级掉电维持模块通过所述DC/DC功率转换模块连接所述一级掉电维持模块，所述二级掉电维持模块包括：
掉电检测单元，用于分别检测服务器电源的输出供电状态信号以及服务器电源的输入供电状态信号；
二级掉电维持单元，用于当所述输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平时，使能二级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持。
6.根据权利要求5所述服务器电源掉电维持时间的控制系统，其特征是，所述一级掉电维持模块包括：
电压获取单元，检测服务器电源的供电输入状态信号；
一级掉电维持单元，当所述输入状态信号为低电平时，使能一级储能单元进入放电状态，对服务器电源进行掉电维持；
所述一级储能单元放电完成后，所述DC/DC功率转换模块输出的输入供电状态和输出供电状态依次变为低电平。
7.根据权利要求6所述服务器电源掉电维持时间的控制系统，其特征是，所述一级储能单元为高压电解电容，所述二级储能单元为低压超级电容。
8.根据权利要求5所述服务器电源掉电维持时间的控制系统，其特征是，所述二级掉电维持模块还包括：
电压自检单元，用于检测二级储能单元电压；
充电单元，在所述主板电压不低于预设阈值，且输出供电状态信号和输入供电状态信号均为高电平时，使能二级存储单元进入充电状态。
9.根据权利要求5所述服务器电源掉电维持时间的控制系统，其特征是，所述二级掉电维持模块还包括防倒灌单元，所述防倒灌单元在二级储能单元电压低于所述预设阈值时，防止服务器主板的反向充电。
10.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机指令，其特征是，所述计算机指令在权利要求5-9任一项所述系统上运行时，使所述系统执行如权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
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