CN116131612A - 开关电源和计算设备 - Google Patents

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CN116131612A CN202211685869.5A CN202211685869A CN116131612A CN 116131612 A CN116131612 A CN 116131612A CN 202211685869 A CN202211685869 A CN 202211685869A CN 116131612 A CN116131612 A CN 116131612A
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Abstract

本申请的实施例提供了一种开关电源和计算设备。该开关电源包括电压转换单元和谐振补偿单元。谐振补偿单元的第一端与电压转换单元的第一端以及外部供电单元的正极电连接。谐振补偿单元的第二端与电压转换单元的第二端以及外部供电单元的负极电连接。电压转换单元用于：将第一端和第二端之间的输入电压转换第一电压。谐振补偿单元用于：在电压转换单元的第一端和第二端产生谐振时，向电压转换单元提供补偿电流。其中，补偿电流用于抑制谐振的电压。本申请的实施例提供的开关电源，可以提高开关电源的抗谐振性，进而提高开关电源的可靠性。

Description

开关电源和计算设备
技术领域
本申请涉及电源技术领域，尤其涉及一种开关电源和计算设备。
背景技术
随着电源行业的发展，用电电压转换单元在人们的生活中随处可见。由于用电电压转换单元与供电整流柜之间距离的问题，导致用于连接用电电压转换单元与供电整流柜的供电线缆一般较长。
而由于的供电线缆长度较长，容易导致供电线缆上的电感和用电电压转换单元内的电容之间会导致电源内的出现谐振问题，电源稳定性较差。
发明内容
本申请的目的在于提供一种开关电源和计算设备，可以提高开关电源的抗谐振性，提高开关电源的可靠性。
为例实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一方面，本申请实施例提供了一种开关电源。开关电源包括电压转换单元和谐振补偿单元。其中，谐振补偿单元的第一端与电压转换单元的第一端以及外部供电单元的正极电连接。谐振补偿单元的第二端与电压转换单元的第二端以及外部供电单元的负极电连接。电压转换单元用于：将第一端和第二端之间的输入电压转换第一电压。谐振补偿单元用于：在电压转换单元的第一端和第二端产生谐振时，向电压转换单元提供补偿电流，其中，补偿电流用于抑制谐振的电压。
本申请实施例提供的开关电源，可以通过设置谐振补偿单元，将谐振补偿单元电连接于外部供电单元和电压转换单元之间。谐振补偿单元用于：在谐振时，向开关电源的输入端提供补偿电流。由于开关电源具有负阻特性，增大开关电源的输入电流值时，会降低开关电源的输入电压值。减小开关电源的输入电流值时，会增大开关电源的输入电压值。基于此，可以调节开关电源内电流值的大小以抑制输入端的谐振电压，使得开关电源内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源内的抗谐振能力，进而提高了开关电源的稳定性和可靠性。
此外，针对谐振导致的不同谐振电压，可以设置谐振补偿单元产生对应大小的补偿电流。由此，可以通过调节谐振补偿单元生成的补偿电流的电流值的大小，以实现最大程度的补偿谐振导致的电压波动较大的问题，提高开关电源的适用性。
在一些实施例中，谐振补偿单元包括电压调节单元、第一电容和控制单元。电压调节单元的第一端与电压转换单元的第一端以及外部供电单元的正极电连接。电压转换单元的第二端与电压转换单元的第二端以及外部供电单元的负极电连接。电压转换单元的第三端与控制单元的控制信号输出端电连接。电压转换单元的第四端与第一电容的第一端电连接。电压转换单元的第五端与第一电容的第二端电连接。控制单元的输入电压采样输入端与外部供电单元的正极电连接。控制单元的输入电流采样输入端与外部供电单元的正极电连接。控制单元的参考电压输入端电连接外部参考电压。控制单元的控制信号输出端与电压调节单元的控制输入端电连接。控制单元的输入电压采样输入端用于获取输入电压。控制单元的输入电流采样输入端用于获取输入电流。控制单元的参考电压输入端用于获取参考电压。控制单元的控制信号输出端用于输出控制信号。控制单元用于：基于输入电压以及参考电压，确定控制信号。控制信号用于控制电压调节单元的工作状态，使电容向电压转换单元的第一端释放电流或吸收电流。
如此设置，电压调节单元与控制单元的控制信号输出端电连接，接收控制单元生成的脉冲调制信号。电压调节单元中的开关管根据脉冲调制信号调整工作状态。例如，根据脉冲调制信号处于导通状态或截止状态，以使外部供电单元、电压调节单元、第一电容形成一个充放电的回路。基于此，通过控制电压调节单元的工作状态，与第一电容配合，以实现对第一电容的充放电，进而实现对输入端电流的补偿。
在一些实施例中，控制单元用于：基于输入电压以及参考电压，确定控制信号。控制信号用于控制电压调节单元的工作状态，使电容向电压转换单元的第一端释放电流或吸收电流，包括：控制单元用于：若输入电压大于参考电压，确定第一控制信号。第一控制信号用于控制电压调节单元的工作状态，使电容向电压转换单元的第一端释放电流。若输入电压小于参考电压，确定第二控制信号。第二控制信号用于控制电压调节单元的工作状态，使电容向电压转换单元的第一端吸收电流。
如此设置，可以在控制单元中设置参考电压。其中，该参考电压可以为直流输入电源(外部供电单元)的稳定输入电压。具体可以为，开关电源未发生谐振时，将开关电源的输入的直流电压作为直流输入电源的参考电压。同时，控制单元可以采集输入电压和输入电流。基于此，控制单元可以根据输入电压、输入电流、以及参考电压生成脉冲调制信号。控制单元可以将生成的将脉冲调制信号发送至电压调节单元，控制电压调节单元的工作状态，例如，控制电压调节单元中开关管的导通或者关断。
在一些实施例中，控制单元包括电压反馈单元、电流反馈单元以及控制器。电压反馈单元的输入电压采样输入端与外部供电单元的正极电连接。电压反馈单元的输入电流采样输入端与外部供电单元的正极电连接。电压反馈单元的参考电压输入端电连接外部参考电压。电压反馈单元的参考电流输出端电连接电流反馈单元的参考电流输入端。电压反馈单元的输入电压采样输入端用于获取输入电压。电流反馈单元的输入电流采样输入端用于获取输入电流。电压反馈单元的参考电压输入端用于获取参考电压。电压反馈单元的参考电流输出端用于输出基于输入电压和参考电压产生的参考电流。电流反馈单元的输入电流采样输入端电连接外部供电的正极。电流反馈单元的反馈信号输出端电连接控制器的反馈信号输入端。电流反馈单元的输入电流采样输入端用于获取输入电流。电流反馈单元的反馈信号输出端用于输出反馈信号。控制器的控制信号输出端与电压调节单元的控制端电连接。电压反馈单元基于输入电压和参考电压，确定参考电流。电流反馈单元基于输入电流和参考电流，确定调整信号。控制器基于调整信号，确定控制信号。控制信号用于控制电压调节单元的工作状态，使第一电容向电压转换单元的第一端释放电流的大小或吸收电流的大小。
如此设置，可以基于谐振电压vr的大小，利用控制单元调节电压调节单元的工作状态，例如，控制电压调节单元中开关管导通或者关断时间，控制第一电容充电或放电的时间，以便于最大程度的抑制开关电源内谐振产生的谐振电压，更好的提高开关电源内的抗谐振能力，提高开关电源的稳定性和可靠性。
在一些实施例中，电压调节单元包括电感、第一开关管和第二开关管。电感的第一端和外部供电单元的正极电连接。电感的第二端、第一开关管的第二端和第二开关管的第一端电连接。第一开关管的第二端与第一电容的第一端电连接。第二开关管的第二端和电连接外部供电单元的负极电连接。第一开关管的控制端与控制单元的一个控制信号输出端电连接。第二开关管的控制端与控制单元的另一个控制信号输出端电连接。控制单元用于控制第一开关管和第二开关管的工作状态，使电容向电压转换单元的第一端释放电流或吸收电流。
如此设置，谐振电压vr＞0时，控制单元分别向第一开关管和第二开关管的控制端输出脉冲调制信号，控制第一开关管导通，第二开关管关断。第一电容、第一开关管、电感以及外部供电单元形成第一电容的放电回路，电流经过第一开关管和电感流向开关电源的输入端，形成正向补偿电流。
谐振电压vr＜0时，控制单元分别向第一开关管和第二开关管的控制端输出脉冲调制信号，第一时刻，控制第一开关管关断，第二开关管导通，外部供电单元、电感以及第二开关管形成电感的充电回路；第二时刻，控制第一开关管导通，第二开关管关断，外部供电单元、电感、第一开关管以及第一电容形成对第一电容的充电回路，电流由输入端经过电感、第一开关管流向第一电容，形成负向补偿电流。
在一些实施例中，电压调节单元包括变压器、第一开关管和第二开关管。变压器的初级绕组的第一端和外部供电单元的正极电连接。变压器的初级绕组的第二端和第一开关管的第一端电连接。第一开关管的第二端和外部供电单元的负极电连接。变压器的次级绕组的第一端和第二开关管的第一端电连接。第二开关管的第二端和第一电容的第一端电连接。变压器的次级绕组的第二端和第一电容的第二端电连接。第一开关管的控制端与控制单元的一个控制信号输出端电连接。第二开关管的控制端与控制单元的另一个控制信号输出端电连接。控制单元用于控制第一开关管和第二开关管的工作状态，使电容向电压转换单元的第一端释放电流或吸收电流。
如此设置，谐振电压vr＞0时，会导致开关电源内的输入电流降低。基于此，可以利用控制单元控制第一开关管关断，第二开关管导通，第一电容放电，变压器的次级绕组存储电容释放的能量，然后控制第一开关管导通，第二开关管关断，变压器的初级绕组、电源以及第一开关管形成放电回路，为开关电源的输入端补偿电流。此时，补偿电流可以为正电流。通过提高开关电源内的输入电流，可以利用补偿电流抑制开关电源内的谐振电压。由此，可以使得开关电源内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源内的抗谐振能力，进而提高了开关电源的稳定性和可靠性。
谐振电压vr＜0时，会导致开关电源内的输入电流增大。基于此，控制单元控制第一开关管导通，第二开关管截止，变压器的初级绕组存储来自外部供电单元的能量；然后控制第一开关管截止，第二开关管导通，变压器的次级绕组、第二开关管和电容形成电容充电回路，为开关电源的输入端补偿电流。此时，补偿电流可以为负电流。通过降低开关电源内的输入电流，可以利用补偿电流抑制开关电源内的谐振电压。由此，可以使得开关电源内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源内的抗谐振能力，进而提高了开关电源的稳定性和可靠性。
在一些实施例中，补偿电流的大小满足于：
Figure BDA0004020995870000031
Vin＝Vbus+vr＝Vbus+ΔVsinω0t
其中，C为第一电容的电容值，Vbus为直流母线电压的直流分量，vr为直流母线电压的交流分量，ΔV为谐振电路的幅值，ω0为谐振的角频率，参考电压fcs为谐振频率，t为时间。
如此设置，补偿电流ΔI与谐振电压vr存在一定比例关系，进而可以基于谐振电压vr的大小，获取对应电流补偿值ΔI的补偿电流。进而，可以利用补偿电流最大程度的降低开关电源谐振生成的谐振电压。由此，可以使得开关电源内的电压处于动态平衡的状态，提高了开关电源内的抗谐振能力，进而提高了开关电源的稳定性和可靠性。
在一些实施例中，第一电容的额定电压大于3倍的参考电压，且小于10倍的参考电压。
如此设置，可以使第一电容既可以满足生成补偿电流的需求，又可以防止资源浪费减小占用空间。
在一些实施例中，开关电源还包括第二电容，第二电容并联电连接外部供电单元和谐振补偿单元之间。其中，第二电容的第一端和外部供电单元的正极电连接。第二电容的第二端和外部供电单元的负极电连接。
如此设置，将第二电容设置在开关电源靠近整流柜的一端。可以稳定外部供电单元提供的输入电压；此外，还可以起到滤波的作用。
另一方面，本申请的实施例提供了一种计算设备。计算设备包括上述任一项的开关电源和负载。开关电源和负载电连接。其中，开关电源用于为负载供电。
由于，本申请的实施例提供的计算设备包括如上述的开关电源，因此具有上述开关电源的全部有益效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本申请一些实施例提供的数据中心的框图；
图2为本申请一些实施例提供的开关电源的电路图；
图3为本申请另一些实施例提供的开关电源的电路图；
图4为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图；
图5为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图；
图6为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图；
图7为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图；
图8为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本公开一些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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开所提供的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非上下文另有要求，否则，在整个说明书和权利要求书中，术语“包括(comprise)”及其其他形式例如第三人称单数形式“包括(comprises)”和现在分词形式“包括(comprising)”被解释为开放、包含的意思，即为“包含，但不限于”。在说明书的描述中，术语“一个实施例(one embodiment)”、“一些实施例(some embodiments)”、“示例性实施例(exemplary embodiments)”、“示例(example)”、“特定示例(specific example)”或“一些示例(some examples)”等旨在表明与该实施例或示例相关的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的至少一个实施例或示例中。上述术语的示意性表示不一定是指同一实施例或示例。此外，所述的特定特征、结构、材料或特点可以以任何适当方式包括在任何一个或多个实施例或示例中。
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在描述一些实施例时，可能使用了术语“连接”以表明两个或两个以上部件彼此间有直接物理接触或电接触。
在本说明书中使用的术语“部件”、“模块”、“系统”等用于表示计算机相关的实体、硬件、固件、硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于，在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程、程序和/或计算机。通过图示，在计算设备上运行的应用和计算设备都可以是部件。一个或多个部件可驻留在进程和/或执行线程中，部件可位于一个计算机上和/或分布在2个或更多个计算机之间。此外，这些部件可从在上面存储有各种数据结构的各种计算机可读介质执行。部件可例如根据具有一个或多个数据分组(例如来自与本地系统、分布式系统和/或网络间的另一部件交互的二个部件的数据，例如通过信号与其它系统交互的互联网)的信号通过本地和/或远程进程来通信。
图1为本申请一些实施例提供的数据中心的框图。
本申请的实施例提供了一种数据中心，如图1所示，数据中心200包括：整流柜210、供电线缆220、至少一个计算设备230。供电线缆220连接整流柜210和计算设备230。供电线缆220用于将整流柜210提供的直流电源至计算设备230，以使计算设备230接收直流电源进行工作。
在一些示例中，数据中心200可以包括多个计算设备230。多个计算设备230之间可以并联连接。
在一些示例中，计算设备230可以为服务器。服务器内可以包括多个负载。多个负载可以为处理器、内存、硬盘和风扇等。
在一可实现的方式中，由于整流柜210和计算设备230之间的距离D较远。一般距离D在50m以上，连接在整流柜210和计算设备230之间供电线缆220较长，供电线缆220上的寄生电感比较大，容易与电源内部的电容产生谐振，导致计算设备230的直流电源的输出波动较大，计算设备230内电容纹波电流增加，导致电容发热、寿命缩短；以及导致供电线缆220上功耗增加，甚至会影响数据中心内的其他设备的可靠运行。
在一些可实现的方式中，可以采用以下两种方式对谐振导致的问题进行补偿：
第一种：可以同步增大计算设备230内开关电源100内电容的大小，使开关电源100内的电容值与供电线缆220上电感的谐振频率改变，以防止与供电线缆220上感抗处于谐振点，提高开关电源100的抗谐振能力。
第二种：可以利用电阻增大计算设备230内开关电源100的回路阻尼。以利用回路阻尼消耗掉一部分能引起谐振的能量，以防止与供电线缆220上感抗处于谐振点，提高开关电源100的抗谐振能力。
但是，无论是上述第一种还是第二种的方式，均存在无法实现完全解决谐振的问题的情况。由于，增大计算设备230内开关电源100内的电容、或者回路阻尼时，会导致计算设备230内开关电源100占用的空间过大，影响计算设备230的空间利用率。并且，增大开关电源100内的电容、或者回路阻尼，还会导致增大开关电源100的损耗，降低开关电源100的可靠性。
而本申请一些实施例中，计算设备230可以包括开关电源100和至少一个负载240。计算设备230内的开关电源100可以通过供电线缆220与整流柜210电连接，以使整流柜210提供的供电的输入电压，输入至开关电源100内。负载240与开关电源100电连接。开关电源100为负载240提供电源。开关电源100可以补偿谐振对输入电压的影响，使输入电压保持动态平衡，呈现为一个直流电源电压。进而可以有利于提高输入至各个负载240的电压，提高计算设备230的稳定性以及可靠性。
下文将结合具体实施例以及对应的附图进行描述开关电源100的结构，以及其实现降低谐振对输入电压影响的原理。
图2为本申请一些实施例提供的开关电源的电路示意图。
在一些实施例中，如图2所示，本申请提供了一种开关电源100。开关电源100包括电压转换单元20和谐振补偿单元30。谐振补偿单元30的第一端与电压转换单元20的第一端和外部供电单元10的正极V+电连接；谐振补偿单元30的第二端、电压转换单元20的第二端和外部供电单元10的负极V-电连接；其中，电压转换单元20用于将输入的直流电压转换为第一电压；谐振补偿单元30用于在输入端口谐振时，提供补偿电流。
在一些示例中，外部供电单元10可以为整流柜210，该外部供电单元10可以通过供电线缆220为开关电源100提供电能。
在一些示例中，外部供电单元10可以为直流电压源。示例的，外部供电单元10可以提供54V或者48V等直流输入电压。
在一些示例中，开关电源100可以与计算设备230内的负载电连接。具体的，开关电源100内的电压转换单元20与计算设备230内的负载电连接。电压转换单元20用于为负载提供第一电压，以使负载正常工作。
在一些示例中，电压转换单元20可以为DC-DC转换器(Direct Current-DirectCurrent Converter)。电压转换单元20接收来自外部供电单元10的输入电压，并将输入电压转换为第一电压。
示例的，电压转换单元20可以将输入电压降压为第一电压。例如，第一电压可以为12V电压。
本申请一些实施例中，在开关电源100内增设谐振补偿单元30。将谐振补偿单元30电连接于外部供电单元10和电压转换单元20之间。谐振补偿单元30用于：在谐振时，向开关电源100的输入端提供补偿电流。由于开关电源100具有负阻特性，增大开关电源100的输入电流值时，会降低开关电源100的输入电压值；减小开关电源100的输入电流值时，会增大开关电源100的输入电压值。
基于此，可以调节开关电源100内电流值的大小以抑制输入端的谐振电压。当谐振电压|vr|增大时，可以包括以下两种情况：
第一种：谐振电压vr＞0时，基于开关电源100的功率恒定，会导致开关电源100内的输入电流降低，基于此，可以利用谐振补偿单元30形成补偿电流，补偿电流可以为正数。进而可以利用补偿电流抑制开关电源100内输入电流的降低量，提高开关电源100内的输入电流。以及，利用补偿电流抑制开关电源100内谐振产生的谐振电压，降低开关电源100内的谐振电压。由此，可以使得开关电源100内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
第二种：谐振电压vr＜0时，基于开关电源100的功率恒定，会导致开关电源100内的输入电流增大，基于此，可以利用谐振补偿单元30形成补偿电流，补偿电流可以为负数。进而可以利用补偿电流抑制开关电源100内的输入电流，降低开关电源100内输入电流；以及利用补偿电流抑制开关电源100内谐振产生的谐振电压，提高开关电源100内的谐振电压。由此，可以使得开关电源100内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
此外，针对谐振导致的不同谐振电压，可以设置谐振补偿单元30产生对应大小的补偿电流。由此，可以通过调节谐振补偿单元30生成的补偿电流的电流值的大小，以实现最大程度的补偿谐振导致的电压波动较大的问题，提高开关电源100的适用性。
综上所述，本申请实施例提供的开关电源100，可以通过设置谐振补偿单元30，调节谐振补偿单元30生成的补偿电流的电流值的大小，以更好的抑制谐振产生的谐振电压，使得开关电源100内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
图3为本申请另一些实施例提供的开关电源的电路图。
在另一些实施例中，如图3所示，本实施例提供的开关电源100内，谐振补偿单元30包括电压调节单元31、第一电容32和控制单元33。
在一些示例中，可以在控制单元33中设置参考电压。其中，该参考电压可以为直流输入电源(外部供电单元10)的稳定输入电压。具体可以为，开关电源100未发生谐振时，将开关电源的输入的直流电压作为直流输入电源的参考电压。同时，控制单元33可以采集输入电压和输入电流。其中，控制单元33采集的输入电压具体可以采集外部供电单元10的正极V+和外部供电单元10的负极V-之间的电压。输入电压等于谐振产生的谐振电压和直流输入电压参考电压之和。
控制单元33采集到的输入电压包括以下两种情况：
第一种：当采集的输入电压的大于或者小于参考电压的电压值时，此时，谐振电压值不为0V可以判定开关电源100内发生谐振。
第二种：当采集的输入电压的电压值等于参考电压的电压值时，此时，谐振电压的电压值为0V，可以判定开关电源100未发生谐振。
进而，控制单元33可以根据输入电压、输入电流、以及参考电压生成脉冲调制信号。控制单元33可以将生成的将脉冲调制信号发送至电压调节单元31，控制电压调节单元31的工作状态，例如，控制电压调节单元31中开关管的导通或者关断。
电压调节单元31的第一端31a与电压转换单元20的输入端及外部供电单元10的正极V+电连接；电压调节单元31的第二端31b与外部供电单元10的负极V-电连接；电压调节单元的第三端31c与控制单元33的控制信号输出端电连接；电压调节单元的第四端31d与第一电容32的第一端电连接；电压调节单元的第五端31e与第一电容32的第二端电连接。
可以理解的，对于电压调节单元31来说，上述各端仅是一种示意，电压调节单元31可的输入端可以为更多或者更少，例如，当前的两个输入端：第二端31b与第五端31e可以为一个输入端。
电压调节单元31的第三端31c与控制单元33的控制信号输出端电连接，接收控制单元33生成的脉冲调制信号。电压调节单元31中的开关管根据脉冲调制信号调整工作状态。例如，根据脉冲调制信号处于导通状态或截止状态，以使外部供电单元10、电压调节单元31、第一电容32形成一个充放电的回路。基于此，通过控制电压调节单元31的工作状态，与第一电容32配合，以实现对第一电容32的充放电，进而实现对输入端电流的补偿。
下面结合图3对电路开关电源输入端存在谐振时的工作过程进行描述。
当谐振电压vr＞0时，开关电源100的输入电压会增大，导致开关电源100的输入电流降低。此时，可以利用控制单元33调节电压调节单元31的工作状态，使第一电容32放电，形成对输入端的补偿电流。此时，补偿电流可以为正电流。可以利用补偿电流抑制开关电源100输入电流的降低量，提高开关电源100内的输入电流。以及，利用补偿电流抑制开关电源100内谐振产生的谐振电压。由此，可以使得开关电源100内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
当谐振电压vr＜0时，开关电源100的输入电压会减小，导致开关电源100的输入电流增大。此时，可以利用控制单元33调节电压调节单元31的工作状态，使第一电容32充电，形成一个对输入端的补偿电流。此时，补偿电流可以为负电流。进而可以利用补偿电流抑制开关电源100的输入电流，降低开关电源100内输入电流；以及利用补偿电流抑制开关电源100内谐振产生的谐振电压。由此，可以使得开关电源100内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
此外，可以基于谐振电压vr的大小，利用控制单元33调节电压调节单元31的工作状态，例如，控制电压调节单元31中开关管导通或者关断时间，控制第一电容32充电或放电的时间，以便于最大程度的抑制开关电源100内谐振产生的谐振电压，更好的提高开关电源100内的抗谐振能力，提高开关电源100的稳定性和可靠性。
在又一些实施例中，如图3所示，本实施例提供的开关电源100中，选取第一电容32的额定工作电压大于直流输入电压(参考电压)。
在又一些实施例中，如图3所示，可以选取第一电容32的额定工作电压大于3倍的参考电压。
以便于第一电容32的额定工作电压可以满足生成对应谐振电压的补偿电流，防止第一电容32的额定工作电压值过低，生成的补偿电流无法完全补偿谐振电压。也即，设置第一电容32的额定工作电压值大于3倍参考电压的电压值，可以更好的使得开关电源100内的电压值处于动态平衡的状态，提高开关电源100内的抗谐振能力，进而提高开关电源100的稳定性和可靠性。
在又一些实施例中，如图3所示，可以设置第一电容32的额定工作电压小于10倍的参考电压。
如此设置，一方面第一电容32的额定工作电压值过大容易造成资源浪费，而设置第一电容32的额定工作电压小于10倍的参考电压，可以有利于节约资源。并且，还可以有利于缩小第一电容32的尺寸，减小占用的开关电源内的空间。
在又一些实施例中，如图3所示，可以设置第一电容32的额定工作电压值大于3倍参考电压的电压值，且设置第一电容32的额定工作电压小于10倍的参考电压。
如此设置，可以使第一电容32既可以满足生成补偿电流的需求，又可以防止资源浪费减小占用空间。
其中，本申请一些实施例中，对第一电容32的额定工作电压的大小不做限定，可以根据参考电压进行选择调节。
在一些示例中，第一电容32的额定工作电压可以为第一电容32出厂前统一设置的额定工作电压。本公开一些实施例对此不做限制，可以根据开关电源需要进行选择对应额定工作电压的第一电容32。
在又一些实施例中，如图3所示，本实施例提供的开关电源100中，电压调节单元31包括但不限于为升降压式变换器(Buck-Boost)或反激式变换器。
示例性的，升降压式变换器接收控制单元33的脉冲调制信号。根据脉冲调制信号控制升降压式变换器内开关管的导通和关断，以生成正向补偿电流，或负向补偿电流。具体的，可以正向补偿输入电流以降低输入电压，或者可以利用负向补偿电流提高输入电压，以使得开关电源100内的电压处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
此外，升降压式变换器的电路结构简单，有利于降低开关电源100的成本。并且，升降压式变换器体积较小，可以有效降低开关电源的体积，节省服务器内部空间。
图4为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图。
在该实施例中，如图4所示，本实施例提供的开关电源100中，电压调节单元31为升降压式变换器(Buck-Boost)411。
该升降压式变换器411包括电感L、第一开关管Q1和第二开关管Q2。
电感L的第一端与外部供电单元10的正极V+电连接，电感L的第二端电连接至第一节点N1；
第一开关管Q1的控制端与控制单元33的一个控制信号输出端电连接，第一开关管Q1的第一端与第一电容32的第一端电连接，第一开关管Q1的第二端电连接至第一节点N1；
第二开关管Q2的控制端与控制单元33的另一个控制信号输出端电连接，第二开关管Q2的第一端电连接至第一节点N1，第二开关管Q2的第二端、第一电容32的第二端和外部供电单元10的负极电连接；
其中，控制单元33用于：生成脉冲调制信号，以控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态，例如，控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的交替导通。
在开关电源100产生谐振时，谐振补偿单元30内部电路工作过程如下：
谐振电压vr＞0时，控制单元33分别向第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端输出脉冲调制信号，控制第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断。第一电容32、第一开关管Q1、电感L以及外部供电单元10形成第一电容32的放电回路，电流经过第一开关管Q1和电感L流向开关电源100的输入端，形成正向补偿电流。
谐振电压vr＜0时，控制单元33分别向第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端输出脉冲调制信号，第一时刻，控制第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，外部供电单元10、电感L以及第二开关管Q2形成电感L的充电回路；第二时刻，控制第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，外部供电单元10、电感L、第一开关管Q1以及第一电容32形成对第一电容32的充电回路，电流由输入端经过电感L、第一开关管Q1流向第一电容32，形成负向补偿电流。
基于此，可以利用控制单元33控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态，以形成不同的补偿电流。
图5为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图。
在该实施例中，如图5所示，在该开关电源100中，电压调节单元31为反激式变换器511。
该反激式变换器511包括变压器T第一开关管Q1以及第二开关管Q2。变压器T的初级绕组的第一端与外部供电单元10的正极V+电连接，初级绕组的第二端与第一开关管Q1的第一端电连接。其中，第一开关管Q1的第二端与外部供电单元10的负极V-电连接；第一开关管Q1的控制端与控制单元33的一个控制信号输出端电连接；变压器T的次级绕组的第一端与第二开关管Q2的第一端电连接，第二开关管Q2的第二端与第一电容32的第一端连接端第二开关管Q2的控制端与控制单元33的另一个控制信号输出端电连接；第一电容32的第二端与变压器T的次级绕组的第二端电连接。
控制单元33生成脉冲调制信号，控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的工作状态，例如控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通或关断。
示例的，谐振电压vr＞0时，会导致开关电源100内的输入电流降低。基于此，可以利用控制单元33控制第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，第一电容32放电，变压器T的次级绕组存储电容释放的能量，然后控制第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，变压器T的初级绕组、电源以及第一开关管Q1形成放电回路，为开关电源的输入端补偿电流。此时，补偿电流可以为正电流。通过提高开关电源100内的输入电流，可以利用补偿电流抑制开关电源100内的谐振电压。由此，可以使得开关电源100内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
示例的，谐振电压vr＜0时，会导致开关电源100内的输入电流增大。基于此，控制单元33控制第一开关管Q1导通，第二开关管Q2截止，变压器T的初级绕组存储来自外部供电单元10的能量；然后控制第一开关管Q1截止，第二开关管Q2导通，变压器T的次级绕组、第二开关管Q2和电容形成电容充电回路，为开关电源的输入端补偿电流。此时，补偿电流可以为负电流。通过降低开关电源100内的输入电流，可以利用补偿电流抑制开关电源100内的谐振电压。由此，可以使得开关电源100内的电流和电压均处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
此外，可以基于谐振电压vr的大小，利用控制单元33控制第一开关管Q1的导通时间，以便于最大程度的抑制开关电源100内谐振产生的谐振电压，更好的提高了开关电源100内的抗谐振能力，提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
图6为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图。
在该实施例中，如图6所示，在图3所示开关电源的基础上，本实施例提供的控制单元33还包括谐振反馈单元331和控制器332。
谐振反馈单元331的参考电压输入端电连接外部参考电压的输入端，用于接收参考电压Vref；谐振反馈单元331的输入电压采样输入端与外部供电单元10的正极V+电连接，该输入电压采样输入端用于接收采样得到的开关电源100的输入电压；谐振反馈单元331的电流采样输入端与外部供电单元10的正极V+电连接，该电流采样输入端用于接收采样得到的开关电源100的输入电流；谐振反馈单元331的反馈输出端电连接控制器332的反馈输入端，该反馈输出端用于输出补偿电流反馈信号Fp，控制器332基于该反馈信号Fp脉冲调制信号的占空比，进而调整补偿电流的大小。
图7为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路图。
在该实施例中，如图7所示，本实施例提供的谐振反馈单元331包括电压反馈单元3311和电流反馈单元3312。
电压反馈单元3311的输入电压采样端与外部供电单元10的正极V+电连接；电压反馈单元3311的参考电压输入端与外部参考电压的输入端电连接；电压反馈单元3311的参考电流输出端与电流反馈单元3312的参考电流输出端电连接；电流反馈单元3312的输入电流采样输入端与外部供电单元10的正极V+电连接；电流反馈单元3312的补偿电流反馈输出端电连接控制器332的反馈电流反馈输入端。
谐振反馈单元331的具体工作过程如下：
电压反馈单元3311获取开关电源的输入电压Vin和参考电压Vref。计算参考电压Vref和输入电压Vin的差值以得到谐振电压vr。然后基于所得到的谐振电压vr生成参考电流Iref。电流反馈单元3312基于开关电源的输入电流Iin和参考电流Iref生成补偿电流反馈信号Cp。以使控制器332基于上述补偿电流反馈信号Fp确定脉冲调制PWM信号。
其中，在开关电源100内未发生谐振时，谐振电压vr为0，输入电压Vin等于参考电压Vref。在开关电源100内发生谐振时输入电压Vin等于参考电压Vref和谐振电压vr之和。
当vr＝0时，开关电源100内未发生谐振，可以不做处理，防止影响开关电源100内的工作效率。
当vr＞0时，可以根据谐振电压vr生成参考电流Iref。
在一些示例中，电流反馈单元3312可以利用串接电阻或者霍尔传感器等方式采集输入电流Iin。但本申请一些实施例对输入电流Iin的采集方式不限制于此。
控制器332电连接于电流反馈单元3312的输出端。控制器332基于电流反馈单元3312的输出的调整信号Fp生成相应的脉冲调制信号。控制器332将生成的脉冲调制信号输出给电压调节单元31，用于控制电压调节单元中的开关管的工作状态，进而生成相应的补偿电流。
在又一些实施例中，本申请实施例提供的开关电源100：谐振补偿单元30还包括驱动单元。驱动单元的输入端与控制单元的控制信号输出端电连接，驱动单元的输出端与电压调节单元31的控制端电连接。驱动单元用于放大控制单元生成的脉冲调制信号。
设置驱动单元串接于控制单元和电压调节单元之间，可以通过利用驱动单元放大控制单元生成的脉冲调制信号，进而有效驱动开关器件的工作。
在一些实施例中，本实施例提供的开关电源100补偿电流的大小满足于：
Figure BDA0004020995870000111
ω0＝2πfcs；
其中，C为第一电容32的电容值，Vbus为直流母线电压的直流分量，vr为直流母线电压的交流分量，ΔV为谐振电路的幅值，ω0为谐振的角频率，参考电压fcs为谐振频率，t为时间。
补偿电流ΔI与谐振电压vr存在一定比例关系，进而可以基于谐振电压vr的大小，获取对应电流补偿值ΔI的补偿电流。进而，可以利用补偿电流最大程度的降低开关电源100谐振生成的谐振电压。由此，可以使得开关电源100内的电压处于动态平衡的状态，提高了开关电源100内的抗谐振能力，进而提高了开关电源100的稳定性和可靠性。
图8为本申请又一些实施例提供的开关电源的电路示意图。
在又一些实施例中，如图8所示，在图2所示电路的基础上，本实施例提供的开关电源100还包括至少一个第二电容40。每个第二电容40的第一端电连接外部供电单元10的正极V+，每个第二电容40的第二端电连接于外部供电单元10的负极V-。
在该实施例中，将第二电容40设置在开关电源100靠近整流柜210的一端。可以稳定外部供电单元10提供的输入电压；此外，还可以起到滤波的作用。
其中，图8以开关电源100内包括1个第二电容40为例进行示意。但是本申请一些实施例对开关电源100内第二电容40的数量不限定于此。
在一些示例中，第二电容40的额定工作电压大致等于输入外部供电单元10提供的输入电压。如此设置，可以更好的利用第二电容40的电压稳定输入电压，有利于提高开关电源100的稳定性。
需要说明的是，“大致相等”包括绝对相等和近似相等。由于存在一定的不可控的误差(如制作工艺误差、设备精度、测量误差等)，第二电容40的额定工作电压可以与输入供电正端V+和输入供电负端V-之间的输入电压的差值在可接受偏差范围内，均可以认为厚度近似相等。其中，可接受偏差范围可以为其中任一者的20％、10％或5％中任一种。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种开关电源，其特征在于，所述开关电源包括电压转换单元和谐振补偿单元；其中，所述谐振补偿单元的第一端与所述电压转换单元的第一端以及外部供电单元的正极电连接；所述谐振补偿单元的第二端与所述电压转换单元的第二端以及外部供电单元的负极电连接；
所述电压转换单元用于：将第一端和第二端之间的输入电压转换第一电压；
所述谐振补偿单元用于：在所述电压转换单元的第一端和第二端产生谐振时，向所述电压转换单元提供补偿电流，其中，所述补偿电流用于抑制所述谐振的电压。
2.根据权利要求1所述的开关电源，其特征在于，所述谐振补偿单元包括电压调节单元、第一电容和控制单元；
所述电压调节单元的第一端与所述电压转换单元的第一端以及所述外部供电单元的正极电连接；所述电压转换单元的第二端与所述电压转换单元的第二端以及所述外部供电单元的负极电连接；所述电压转换单元的第三端与所述控制单元的控制信号输出端电连接；所述电压转换单元的第四端与所述第一电容的第一端电连接；所述电压转换单元的第五端与所述第一电容的第二端电连接；
所述控制单元的输入电压采样输入端与所述外部供电单元的正极电连接；所述控制单元的输入电流采样输入端与所述外部供电单元的正极电连接；所述控制单元的参考电压输入端电连接外部参考电压；所述控制单元的控制信号输出端与所述电压调节单元的控制输入端电连接；所述控制单元的输入电压采样输入端用于获取输入电压；所述控制单元的输入电流采样输入端用于获取输入电流；所述控制单元的参考电压输入端用于获取参考电压；所述控制单元的控制信号输出端用于输出控制信号；
所述控制单元用于：基于所述输入电压以及所述参考电压，确定所述控制信号；所述控制信号用于控制所述电压调节单元的工作状态，使所述电容向所述电压转换单元的第一端释放电流或吸收电流。
3.根据权利要求2所述的开关电源，其特征在于，所述控制单元用于：基于所述输入电压以及所述参考电压，确定所述控制信号；所述控制信号用于控制所述电压调节单元的工作状态，使所述电容向所述电压转换单元的第一端释放电流或吸收电流，包括：
所述控制单元用于：
若所述输入电压大于所述参考电压，确定第一控制信号；所述第一控制信号用于控制所述电压调节单元的工作状态，使所述电容向所述电压转换单元的第一端释放电流；
若所述输入电压小于所述参考电压，确定第二控制信号；所述第二控制信号用于控制所述电压调节单元的工作状态，使所述电容向所述电压转换单元的第一端吸收电流。
4.根据权利要求2或3所述的开关电源，其特征在于，所述控制单元包括电压反馈单元、电流反馈单元以及控制器；
所述电压反馈单元的输入电压采样输入端与所述外部供电单元的正极电连接；所述电压反馈单元的输入电流采样输入端与所述外部供电单元的正极电连接；所述电压反馈单元的参考电压输入端电连接外部参考电压；所述电压反馈单元的参考电流输出端电连接所述电流反馈单元的参考电流输入端；所述电压反馈单元的输入电压采样输入端用于获取输入电压；所述电流反馈单元的输入电流采样输入端用于获取输入电流；所述电压反馈单元的参考电压输入端用于获取参考电压；所述电压反馈单元的参考电流输出端用于输出基于输入电压和所述参考电压产生的参考电流；
所述电流反馈单元的输入电流采样输入端电连接所述外部供电的正极；所述电流反馈单元的反馈信号输出端电连接所述控制器的反馈信号输入端；所述电流反馈单元的输入电流采样输入端用于获取输入电流；所述电流反馈单元的反馈信号输出端用于输出反馈信号；
所述控制器的控制信号输出端与所述电压调节单元的控制端电连接；
所述电压反馈单元基于所述输入电压和所述参考电压，确定所述参考电流；
所述电流反馈单元基于所述输入电流和所述参考电流，确定调整信号；
所述控制器基于所述调整信号，确定所述控制信号；所述控制信号用于控制所述电压调节单元的工作状态，使所述第一电容向所述电压转换单元的第一端释放电流的大小或吸收电流的大小。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述电压调节单元包括电感、第一开关管和第二开关管；
所述电感的第一端和所述外部供电单元的正极电连接；所述电感的第二端、所述第一开关管的第二端和第二开关管的第一端电连接；所述第一开关管的第二端与所述第一电容的第一端电连接；第二开关管的第二端和电连接所述外部供电单元的负极电连接；
所述第一开关管的控制端与所述控制单元的一个控制信号输出端电连接；
所述第二开关管的控制端与所述控制单元的另一个控制信号输出端电连接；所述控制单元用于控制所述第一开关管和第二开关管的工作状态，使所述电容向所述电压转换单元的第一端释放电流或吸收电流。
6.根据权利要求2～4中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述电压调节单元包括变压器、第一开关管和第二开关管；
所述变压器的初级绕组的第一端和所述外部供电单元的正极电连接；所述变压器的初级绕组的第二端和所述第一开关管的第一端电连接；所述第一开关管的第二端和所述外部供电单元的负极电连接；
所述变压器的次级绕组的第一端和所述第二开关管的第一端电连接；所述第二开关管的第二端和所述第一电容的第一端电连接；所述变压器的次级绕组的第二端和所述第一电容的第二端电连接；
所述第一开关管的控制端与所述控制单元的一个控制信号输出端电连接；
所述第二开关管的控制端与所述控制单元的另一个控制信号输出端电连接；所述控制单元用于控制所述第一开关管和第二开关管的工作状态，使所述电容向所述电压转换单元的第一端释放电流或吸收电流。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述补偿电流为：
Figure FDA0004020995860000021
Vin＝Vbus+vr＝Vbus+ΔVsinω0t
其中，C为第一电容32的电容值，Vbus为直流母线电压的直流分量，vr为直流母线电压的交流分量，ΔV为谐振电路的幅值，ω0为谐振的角频率，参考电压fcs为谐振频率，t为时间。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述第一电容的额定电压大于3倍的所述参考电压，且小于10倍的所述参考电压。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的开关电源，其特征在于，所述开关电源还包括第二电容，所述第二电容并联电连接所述外部供电单元和所述谐振补偿单元之间；其中，所述第二电容的第一端和所述外部供电单元的正极电连接；所述第二电容的第二端和所述外部供电单元的负极电连接。
10.一种计算设备，其特征在于，所述计算设备包括如权利要求1～9中任一项所述的开关电源和负载；所述开关电源与所述负载电连接；所述开关电源用于为所述负载供电。
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