CN114915162B - 一种降压式转换器控制装置及方法、电源架构及服务器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及降压式转换器控制领域，具体公开一种降压式转换器控制装置及方法、电源架构及服务器，包括第一电子开关、第二电子开关、肖特基二极管和侦测电路；肖特基二极管的正极连接至下臂MOSFET的漏极，负极经第一电子开关连接至下臂MOSFET的源极；第二电子开关连接至下臂MOSFET的栅极；侦测电路分别与第一电子开关、第二电子开关的控制端连接，在侦测到系统处于稳态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关导通，系统处于动态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关关断。本发明侦测负载状况，增加额外的肖特基二极管与两个电子开关，基于二极管顺向导通特性，在稳态时使其导通肖特基二极管，降低损耗，当暂态时导通寄生二极管降低输出暂态电压的峰对峰值。

Description

一种降压式转换器控制装置及方法、电源架构及服务器
技术领域
本发明涉及降压式转换器控制领域，具体涉及一种降压式转换器控制装置及方法、电源架构及服务器。
背景技术
一个典型的电能处理系统的功能主要分成电力转换器、开关驱动器以及控制器三个部分。其他还有滤波电路、反馈电路及保护电路等。现今服务器的主板上电源架构主要为Buck Converter(降压式转换器)，其由控制器、电力转换器、开关驱动电路以及反馈、滤波等电路组成一个完整的电源电路。而现今有众多转换器被发表提出，不论是升压、降压或是升降压。而其中转换器的控制方式也持续推陈出新的提出，以降压转换器为例，控制方式就有分成电压反馈控制模式，电流反馈控制模式，固定导通时间控制模式。
图1为当前降压式转换器电路图，在一般的降压式转换器中，基于伏特-秒平衡定理，当降压式转换器开启上臂MOSFET时，电流流经上臂MOSFET在流过输出电感，对电感激磁充电；当上臂MOSFET截止，此时，下臂MOSFET尚未导通，输出电感有电流连续性的特性，电流从下臂MOSFET的寄生二极管顺向导通一断时间后，下臂MOSFET导通，电流由下臂MOSFET导通，对输出电感去磁。如此周而复始即为伏特-秒平衡定理。对于降压式转换器的几个主要消耗功率为上下臂MOSFET的切换损失与导通损失，以及电流流经电感本身所造成的损失。此类损失在规格确定，选择转换器晶片与输出电感的时后就已经固定了，而无法再提高降压式转换器的转换效率和暂态响应效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种降压式转换器控制装置及方法、电源架构及服务器，在降压式转换器中加入肖特基二极管和两个电子开关，控制电路切换，提高转换效率和暂态响应效果。
第一方面，本发明的技术方案提供一种降压式转换器控制装置，降压式转换器包括上臂MOSFET、下臂MOSFET、电感和电容；上臂MOSFET的漏极连接至供电电压正极，源极连接至下臂MOSFET的漏极，下臂MOSFET的源极连接至供电电压负极，且上臂MOSFET和下臂MOSFET的栅极连接至控制电压信号；电感一端连接至下臂MOSFET的源极，另一端经电容连接至供电电压负极；其中，下臂MOSFET具有寄生二极管，寄生二极管的负极连接在下臂MOSFET的漏极，正极连接在下臂MOSFET的源极，该装置包括：第一电子开关、第二电子开关、肖特基二极管和侦测电路；
肖特基二极管的正极连接至下臂MOSFET的漏极，负极经第一电子开关连接至下臂MOSFET的源极；
第二电子开关连接至下臂MOSFET的栅极；
侦测电路分别与第一电子开关、第二电子开关的控制端连接，并根据侦测的系统负载状态控制第一电子开关和第二电子开关的开关状态，具体包括：在侦测到系统处于稳态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关导通，系统处于动态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关关断。
进一步地，侦测电路通过侦测系统负载的电流变化或电压变化以判断系统负载状态。
进一步地，第一电子开关为继电器。
进一步地，第二电子开关为继电器。
第二方面，本发明的技术方案提供一种基于上述降压转换器控制装置的降压式转换器控制方法，包括以下步骤：
侦测系统负载状态；
根据系统负载状态控制第一电子开关和第二电子开关的开关状态，包括在侦测到系统处于稳态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关导通，在上臂MOSFET截止而下臂MOSFET未导通阶段，电感电流流过肖特基二极管；统处于动态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关关断，使下臂MOSFET截止，电感电流流过下臂MOSFET的寄生二极管。
进一步地，该方法具体包括：
通过侦测系统负载的电流变化或电压变化以判断系统负载状态。
第三方面，本发明的技术方案提供一种电源架构，配置有上述任一项所述的降压式转换器控制装置。
第四方面，本发明的技术方案提供一种服务器，配置有上述的电源架构。
本发明提供的一种降压式转换器控制装置及方法、电源架构及服务器，相对于现有技术，具有以下有益效果：在现有的降压式转换器基础上，侦测负载状况，增加额外的肖特基二极管与两个电子开关，基于二极管顺向导通特性，在稳态时，使其导通肖特基二极管，降低损耗，当暂态时，导通寄生二极管降低输出暂态电压的峰对峰值。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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是现有降压式转换器电路示意图。
图2是本发明实施例提供的降压式转换器控制装置电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。
图1是现有的降压式转换器，包括上臂MOSFET、下臂MOSFET、电感和电容；上臂MOSFET的漏极连接至供电电压正极，源极连接至下臂MOSFET的漏极，下臂MOSFET的源极连接至供电电压负极，且上臂MOSFET和下臂MOSFET的栅极连接至控制电压信号；电感一端连接至下臂MOSFET的源极，另一端经电容连接至供电电压负极；其中，下臂MOSFET具有寄生二极管，寄生二极管的负极连接在下臂MOSFET的漏极，正极连接在下臂MOSFET的源极。电容两端的电压为输出电压，输出给负载（Load）。
当前的降压式转换器基于反馈输出电压信号，调整上下臂MOSFET的责任周期，并达成伏特-秒平衡，使整个转换期稳定在预想的输出电压上。降压式转换器的几个主要消耗功率为上下臂MOSFET的切换损失与导通损失，以及电流流经电感本身所造成的损失。此类损失在规格确定，选择转换器晶片与输出电感的时后就已经固定了，而无法再提高降压式转换器的转换效率和暂态响应效果。
本发明的核心是提供一种降压式转换器控制装置，在现有降压式转换器的基础上加入肖特基二极管和两个电子开关，并增加侦测电路，侦测系统负载状态来控制电子开关的开关状态，来达到提高转换效率和加强暂态的效果。
图2为本发明实施例提供的一种降压式转换器控制装置电路结构示意图，包括第一电子开关、第二电子开关、肖特基二极管和侦测电路。
肖特基二极管的正极连接至下臂MOSFET的漏极，负极经第一电子开关连接至下臂MOSFET的源极；第二电子开关连接至下臂MOSFET的栅极。
侦测电路分别与第一电子开关、第二电子开关的控制端连接，并根据侦测的系统负载状态控制第一电子开关和第二电子开关的开关状态。
侦测电路根据侦测的系统负载状态控制第一电子开关和第二电子开关的开关状态具体包括：在侦测到系统处于稳态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关导通，系统处于动态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关关断。
当系统为稳态负载时，加入的第一开关持续保持导通状态，此时当上下臂导通之间，即上臂MOSFET截止而下臂MOSFET还未导通的阶段，电感电流保持连续性，原本应该流过下臂MOSFET寄生二极管的电流，因为肖特基二极管导通电压较低，因此会改为流过肖特基二极管，并因为肖特基二极管的顺向导通电压较一般二极管低，因此降压式转换器原本的二极管导通损失因为改为流过肖特基二极管而使功耗降低。
当系统为动态负载（即暂态负载）时，此时若要降低输出电压的峰对峰值，在原本应该导通下臂MOSFET的时间断开加入的第二开关，使得下臂MOSFET不导通，同时也断开肖特基二极管的第一开关，电流不流过下臂MOSFET，也不流过肖特基二极管，而是流过下臂MOSFET的寄生二极管。此时跨在输出电感上面的电压为输出电压加上下臂MOSFET的寄生二极管的顺向导通电压，电感电流的下降斜率也因此变大，增加电感电流的去磁效果，降低输出峰对峰值。
本发明实施例提供的一种降压式转换器控制装置，在现有的降压式转换器上，侦测负载状况，增加额外的肖特基二极管与两个电子开关，基于二极管顺向导通特性，在稳态时，使其导通肖特基二极管，降低损耗，当暂态时，导通寄生二极管降低输出暂态电压的峰对峰值。
在上述实施例基础上，作为优选的实施方式，侦测电路通过侦测系统负载的电流变化或电压变化以判断系统负载状态。
本装置需要准确的知道或是侦测负载电流变化或是电压变化来达到切换状态的目的。如判定何时为暂态响应而断开下臂MOSFET与肖特基二极管导通寄生二极体，以及确保寄生二极管的导通时间，使其不会因为过大的负载电流而导致烧毁。
在上述实施例基础上，作为优选的实施方式，第一电子开关和第二电子开关均采用继电器。
可以理解的是，可根据需要和实际需求选择其他电子开关，电子开关的具体选择不影响本实施例的具体实施。
上文中对于一种降压式转换器控制装置的实施例进行了详细描述，基于上述实施例描述的降压式转换器控制装置，本发明实施例还提供了一种与该装置对应的降压式转换器控制方法。
本发明实施例提供的一种降压式转换器控制方法，包括以下步骤。
S101，侦测系统负载状态；
S102，根据系统负载状态控制第一电子开关和第二电子开关的开关状态。
步骤S102具体包括在侦测到系统处于稳态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关导通，在上臂MOSFET截止而下臂MOSFET未导通阶段，电感电流流过肖特基二极管；统处于动态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关关断，使下臂MOSFET截止，电感电流流过下臂MOSFET的寄生二极管。
本实施例的降压式转换器控制方法基于前述的降压式转换器控制装置实现，因此该方法中的具体实施方式可见前文中的降压式转换器控制装置的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。
另外，由于本实施例的降压式转换器控制方法基于前述的降压式转换器控制装置实现，因此其作用与上述装置的作用相对应，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种电源架构，配置上述实施例的降压式转换器控制装置。该电源架构基于前述的降压式转换器控制装置实现，该电源架构的降压式转换器在现有的降压式转换器上，侦测负载状况，增加额外的肖特基二极管与两个电子开关，基于二极管顺向导通特性，在稳态时，使其导通肖特基二极管，降低损耗，当暂态时，导通寄生二极管降低输出暂态电压的峰对峰值，从而降低电源架构的整体损耗，提高电源稳定性。
本发明实施例还提供一种服务器，服务器配置上述实施例的电源架构。该服务器基于前述的电源架构实现，电源架构的降压式转换器在现有的降压式转换器上，侦测负载状况，增加额外的肖特基二极管与两个电子开关，基于二极管顺向导通特性，在稳态时，使其导通肖特基二极管，降低损耗，当暂态时，导通寄生二极管降低输出暂态电压的峰对峰值，从而降低电源架构的整体损耗，提高电源稳定性，进而提高配置该电源架构的服务器的稳定性。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种降压式转换器控制装置，降压式转换器包括上臂MOSFET、下臂MOSFET、电感和电容；上臂MOSFET的漏极连接至供电电压正极，源极连接至下臂MOSFET的漏极，下臂MOSFET的源极连接至供电电压负极，且上臂MOSFET和下臂MOSFET的栅极连接至控制电压信号；电感一端连接至下臂MOSFET的漏极，另一端经电容连接至供电电压负极；其中，下臂MOSFET具有寄生二极管，寄生二极管的负极连接在下臂MOSFET的漏极，正极连接在下臂MOSFET的源极，其特征在于，该装置包括：第一电子开关、第二电子开关、肖特基二极管和侦测电路；
肖特基二极管的正极连接至下臂MOSFET的漏极，负极经第一电子开关连接至下臂MOSFET的源极；
第二电子开关连接至下臂MOSFET的栅极；
侦测电路分别与第一电子开关、第二电子开关的控制端连接，并根据侦测的系统负载状态控制第一电子开关和第二电子开关的开关状态，具体包括：在侦测到系统处于稳态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关导通，系统处于动态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关关断。
2.根据权利要求1所述的降压式转换器控制装置，其特征在于，侦测电路通过侦测系统负载的电流变化或电压变化以判断系统负载状态。
3.根据权利要求2所述的降压式转换器控制装置，其特征在于，第一电子开关为继电器。
4.根据权利要求3所述的降压式转换器控制装置，其特征在于，第二电子开关为继电器。
5.一种基于权利要求1所述降压式转换器控制装置的降压式转换器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
侦测系统负载状态；
根据系统负载状态控制第一电子开关和第二电子开关的开关状态，包括在侦测到系统处于稳态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关导通，在上臂MOSFET截止而下臂MOSFET未导通阶段，电感电流流过肖特基二极管；统处于动态负载时，控制第一电子开关和第二电子开关关断，使下臂MOSFET截止，电感电流流过下臂MOSFET的寄生二极管。
6.根据权利要求5所述的降压式转换器控制方法，其特征在于，该方法具体包括：
通过侦测系统负载的电流变化或电压变化以判断系统负载状态。
7.一种电源架构，其特征在于，配置有权利要求1-4任一项所述的降压式转换器控制装置。
8.一种服务器，其特征在于，配置有权利要求7所述的电源架构。
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