CN209514545U - 应用于高性能服务器上的过热保护电路及高性能服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及应用于高性能服务器的过热保护电路，包括硬件电路，所述硬件电路包括第一电容、第一电阻、三极管、第二电阻、第三电阻、输出模块；其中，第一电阻为热敏电阻；所述三极管的发射极与来自控制板的复位信号一连接，所述第一电阻连接在所述三极管的基极和发射极之间，所述第二电阻连接在所述三极的基极和地线之间，所述第三电阻和所述第二电阻并联，所述输出模块连接在所述三极管的集电极和地线之间，所述第一电容连接在所述三极管的发射极和地线之间；所述输出模块输出复位信号二至单板运算芯片。通过在板上设置热敏电阻的方式，当温度足够高的时候，把运算芯片的关键信号强制拉到无效状态，让运算芯片不工作，从而实现过热保护。

Description

应用于高性能服务器上的过热保护电路及高性能服务器

技术领域

本实用新型涉及一种电路技术领域，尤其涉及一种应用于高性能服务器上的过热保护电路及高性能服务器。

背景技术

高性能服务器主要由外壳、AC-DC电源、运算板、控制板和风扇等几部分组成，如图1中所示为高性能服务器的结构示意图。其中AC-DC电源将交流电转为直流电，供给服务器使用；运算板是核心的运算单元，板上有很多运算芯片；控制板是核心的控制单元；风扇用于给运算板散热。

服务器通常功率都很大，运算板温度很高，板上器件和芯片长期工作在高温的环境下，难免会发生各种故障，导致运行不正常。而由于服务器需要长期不停地运转，服务器风扇也可能会发生故障，如停转或转速不正常等。

由于以上原因，服务器一旦发生异常，单板温度很可能会急剧上升，甚至烧毁服务器单板，引发火灾，这是一个需要高度重视的问题。

在一些早期的服务器运算板上，有板载DC-DC电路，AC-DC电压进入单板后会先进行降压处理，再提供给板上器件使用。对于这种单板，可以在DC-DC控制器的使能脚(EN)脚上加热敏电阻，当服务器发生异常，温度升高到足够高时，热敏电阻阻值改变，导致EN脚的电压降低到使能门限以下，DC-DC电路关闭，不再向板上供电，此时服务器停止运行，温度降低，实现过热保护。以下称这种方法为方法一。

在较新型的服务器运算板上，为了提高整机效率，通常没有板载DC-DC电路，也没有继电器或MOSFET等可以切断供电的器件，无法通过硬件电路切断电源。在这种情况下，通常使用的方法是使用控制板软件配合AC-DC电源的看门狗对服务器进行过热保护。原理是：控制板每隔一段时间读取运算板上温度值，当发现温度过高时，就降低运算板工作频率，或关闭AC-DC电源，实现过热保护。但控制板软件也有跑飞或异常的可能，因此AC-DC电源内部可设置一个看门狗，控制板正常工作时，每隔一定时间(如几毫秒，几十毫秒或更久)和AC-DC电源通信一次(通常称为喂狗)，让AC-DC电源知道自己工作正常。当控制板软件异常时，和AC-DC电源的通信中断，AC-DC电源长时间收不到通讯信号(喂狗信号)，认为控制板软件异常，即切断电源输出，此时服务器停止运行。通过这两个环节实现服务器过热保护。称这种方法为方法二。

方法二实现的基础是控制板软件和AC-DC电源，这依然存在隐患。因为软件是可能有BUG的，即使没有BUG，也可能由于外部干扰而出现异常或跑飞，同时AC-DC电源的看门狗机制也可能出现失效。在任何一种情况下，都无法对过热情况作出反应，服务器仍有可能存在过热烧毁的风险，这曾经多次在实际运行环境中出现。

综上所述，所述方法一中，在早期设置板载DC-DC电路的情况下，整机的运行效率会降低，所述方法二中，保护性能不稳定，服务器仍然存在过热烧毁的风险。目前尚未有提出高效率、高稳定性的过热保护电路。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型主要解决高性能服务器运算单板的过热保护需要依赖软件，动作不可靠这一问题，从而使服务器的运行效率高，且过热保护稳定性高。

本实用新型采用如下技术方案，一种应用于高性能服务器上的过热保护电路，所述过热保护电路包括第一电容、第一电阻、三极管、第二电阻、第三电阻、输出模块；所述第一电阻为热敏电阻；所述三极管的发射极与来自控制板的复位信号一连接，所述三极管的集电极连接着输出模块，所述三极管的基极连接有第一电阻、第二电阻、第三电阻；所述第一电阻一端连接着所述三极管的基极，所述第一电阻的另一端连接着所述三极管的发射极；所述第二电阻的一端连接着所述三极管的基极，所述第二电阻的另一端与第一电容、第三电阻、输出模块、地线连接着；所述第三电阻一端连接着所述三极管的基极，所述第三电阻的另一端与第一电容、第二电阻、输出模块、地线连接着；所述第一电容一端连接着控制板的复位信号一，所述第一电容的另一端与第二电阻、第三电阻、输出模块、地线连接着；所述输出模块一端连接着所述三极管的集电极，另一端连接着地线，所述输出模块输出复位信号二至单板运算芯片。

所述三极管的型号为MMBT3906。

所述第一电阻为负温度系数热敏电阻，其零功率电阻为10KΩ，B值为3950，25度电阻为10KΩ。

所述第二电阻的电阻为4.7KΩ，所述第三电阻的电阻分别为20KΩ。

所述第一电容的电容为0.1uF。

所述输出模块包括第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第二电容；所述第四电阻一端连接在所述三极管的集电极。所述第四电阻的另一端连接着地线；所述第六电阻和第二电容形成一并联电路，所述第六电阻和第二电容形成的并联电路一端连接着第五电阻，所述第六电阻和第二电容形成的并联电路另一端连接着地线；所述第五电阻一端连接在所述三极管的集电极，所述第五电阻的另一端连接着由所述第六电阻和第二电容形成的并联电路；所述复位信号一为3.3V，所述第四电阻的电阻为10KΩ，所述第五电阻的电阻为750Ω，所述第六电阻的电阻为909Ω，所述第二电容的电容为10pF。

所述输出模块包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻和第二电容形成并联电路，所述第四电阻和第二电容形成的并联电路一端连接着所述三极管的集电极，所述第四电阻和第二电容形成的并联电路另一一端连接着地线；所述复位信号一为1.8V，所述第四电阻的阻值为10KΩ，所述第二电容的电容为10pF。

所述三极管用相同功能特性的场效应管替换。

相应的，本实用新型还提供了一种高性能服务器，包括以上所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，所述应用于高性能服务器上的过热保护电路的信号输入端连接着控制板，所述实现高性能服务器过热保护电路的信号输出端连接着运算板上的运算芯片。

根据本实用新型的实现高性能服务器过热保护电路，在其它外部保护机制都失效的情况下，可以作为最后一道屏障，电路不依赖软件，工作安全可靠，成本很低。通过在板上设置热敏电阻的方式，当温度足够高的时候，把运算芯片的关键信号强制拉到无效状态，让运算芯片不工作，从而实现过热保护。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1是服务器的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例一的电路图；

图3是根据本实用新型实施例二的电路图；

其中，附图标记：

C1，第一电容；C2，第二电容；R1，第一电阻；R2，第二电阻；R3，第三电阻；R4，第四电阻；R5，第五电阻；R6，第六电阻；Q1，三极管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例所涉及的应用于高性能服务器上的过热保护电路，该过热保护电路包括第一电容、第一电阻、三极管、第二电阻、第三电阻、输出模块；所述第一电阻为热敏电阻；所述三极管的发射极与来自控制板的复位信号一连接，所述三极管的集电极连接着输出模块，所述三极管的基极连接有第一电阻、第二电阻、第三电阻；所述第一电阻一端连接着所述三极管的基极，所述第一电阻的另一端连接着所述三极管的发射极；所述第二电阻的一端连接着所述三极管的基极，所述第二电阻的另一端与第一电容、第三电阻、输出模块、地线连接着；所述第三电阻一端连接着所述三极管的基极，所述第三电阻的另一端与第一电容、第二电阻、输出模块、地线连接着；所述第一电容一端连接着控制板的复位信号一，所述第一电容的另一端与第二电阻、第三电阻、输出模块、地线连接着；所述输出模块一端连接着所述三极管的集电极，另一端连接着地线，所述输出模块输出复位信号二至单板运算芯片。

图1示出了高性能服务器的结构示意图，基于高性能服务的基础上，还包括有实现高性能服务器过热保护电路，所述实现高性能服务器过热保护电路的信号输入端连接着控制板，所述实现高性能服务器过热保护电路的信号输出端连接着运算板上的运算芯片。

本实用新型实施例中使用普通的三极管(如常用的PNP型小功率三极管)和热敏电阻(如常用的负温度系数热敏电阻)，配合少量的外围电阻电容来实现过热保护。

具体的，在运算板上的运算芯片的复位信号电压为1.8V，低有效，也就是说1.8V正常工作，低电平不工作。控制板过来的复位信号(以下简称复位信号一)为3.3V，应用于高性能服务器上的过热保护电路如图2所示，以下简要介绍电路组成和原理：

第一电阻R1连接在PNP型三极管Q1的基极和发射极之间；第二电阻R2连接在三极管Q1的基极和地线GND之间；第三电阻R3和第二电阻R2并联；第四电阻R4连接在三极管Q1的集电极和地线GND之间；第五电阻R5和第六电阻R6串联，连接在三极管Q1的集电极和GND之间；第一电容C1连接在三极管Q1的集电极和地线GND之间，第二电容C2和第六电阻R6并联；复位信号一从三极管Q1的发射极引入，从第五电阻R5和第六电阻R6引出1.8V复位信号(以下简称复位信号二)，复位信号二加在单板运算芯片上。

具体的，输出模块包括第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第二电容；所述第四电阻一端连接在所述三极管的集电极。第四电阻的另一端连接着地线；所述第六电阻和第二电容形成一并联电路，所述第六电阻和第二电容形成的并联电路一端连接着第五电阻，所述第六电阻和第二电容形成的并联电路另一端连接着地线；所述第五电阻一端连接在所述三极管的集电极，所述第五电阻的另一端连接着由所述第六电阻和第二电容形成的并联电路；所述复位信号一为3.3V，所述第四电阻的电阻为10KΩ，所述第五电阻的电阻为750Ω，所述第六电阻的电阻为909Ω，所述第二电容的电容为10pF。

其中，三极管Q1采用MMBT3906；第一电阻R1为零功率电阻10KΩ，B值3950，25度阻值10K的负温度系数热敏电阻；第二电阻R2和第三电阻R3分别为4.7K和20KΩ；第四电阻R4为10KΩ；第五电阻R5为750Ω；第六电阻R6为909Ω；第一电容C1为0.1uF；第二电容C2为10pF。

图2电路的工作原理如下：第一电阻R1和第二电阻R2、第三电阻R3的并联形成分压，加在三极管Q1的基极和发射极之间，形成一个合适的压差V。在常温下，V足够大，三极管导通，集电极电压为高电平，复位信号二为第五电阻R5、第六电阻R6分压后的1.8V，也即运算芯片复位脚为高，单板正常工作。

当温度上升时，负温度系数热敏电阻的阻值降低，导致V降低，当温度升高到足够高的时候，V会低到足以让三极管截止，此时复位信号二为低电平，也即运算芯片复位脚为低，单板不工作，温度降低，实现过热保护。

对于复位信号一为1.8V的场合，设计的保护电路如图3所示，和图2相比，少了第五电阻R5和第六电阻R6，电路的其它部分的连接方式和图2相同，参数也相同。

具体的，这里输出模块包括第四电阻和第二电容，该第四电阻和第二电容形成并联电路，该第四电阻和第二电容形成的并联电路一端连接着所述三极管的集电极，第四电阻和第二电容形成的并联电路另一一端连接着地线；所述复位信号一为1.8V，所述第四电阻的阻值为10KΩ，所述第二电容的电容为10pF。

图3电路的工作原理和图2类似，简述如下：第一电阻R1和第二电阻R2、第三电阻R3的并联形成分压，加在三极管的基极和发射极之间，形成一个合适的压差V。在常温下，V足够大，三极管导通，集电极电压为高电平，复位信号二为1.8V高电平，也即运算芯片复位脚为高电平，单板正常工作。

当温度上升时，负温度系数热敏电阻的阻值降低，导致V降低，当温度升高到足够高的时候，V会低到足以让三极管截止，此时复位信号二为低电平，也即运算芯片复位脚为低电平，单板不工作，温度降低，实现过温保护。

相反地，对于另一类复位信号为高则芯片停止工作的运算芯片，同理设计保护电路，让温度升高时复位信号变为高电平，让运算芯片停止工作。原理和图2、图3类似，此处不再详述。

根据本实用新型的实现高性能服务器过热保护电路，在其它外部保护机制都失效的情况下，可以作为最后一道屏障，电路不依赖软件，工作安全可靠，成本很低。通过在板上设置热敏电阻的方式，当温度足够高的时候，把运算芯片的关键信号强制拉到无效状态，让运算芯片不工作，从而实现过热保护。

上文图中所列的电阻、电容值以及器件型号只是示例用，并不是固定的。根据工作电压以及保护阈值的不同，可以对阻容值进行调整(如控制板通信电平为5V，运算芯片通信电平为2V，以及需要更高或更低的过热保护阈值等等)，还可以用场效应管(MOSFET)来代替三极管。但无论如何，凡采用本专利思路所设计的过热保护电路均应在本专利保护范围内。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

另外，以上对本实用新型实施例所提供的应用于高性能服务器上的过热保护电路及高性能服务器结构进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种应用于高性能服务器上的过热保护电路，所述过热保护电路包括第一电容、第一电阻、三极管、第二电阻、第三电阻、输出模块；其特征在于，所述第一电阻为热敏电阻；所述三极管的发射极与来自控制板的复位信号一连接，所述三极管的集电极连接着输出模块，所述三极管的基极连接有第一电阻、第二电阻、第三电阻；所述第一电阻一端连接着所述三极管的基极，所述第一电阻的另一端连接着所述三极管的发射极；所述第二电阻的一端连接着所述三极管的基极，所述第二电阻的另一端与第一电容、第三电阻、输出模块、地线连接着；所述第三电阻一端连接着所述三极管的基极，所述第三电阻的另一端与第一电容、第二电阻、输出模块、地线连接着；所述第一电容一端连接着控制板的复位信号一，所述第一电容的另一端与第二电阻、第三电阻、输出模块、地线连接着；所述输出模块一端连接着所述三极管的集电极，另一端连接着地线，所述输出模块输出复位信号二至单板运算芯片。

2.根据权利要求1所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，其特征在于：所述三极管的型号为MMBT3906。

3.根据权利要求1所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，其特征在于：所述第一电阻为负温度系数热敏电阻，其零功率电阻为10KΩ，B值为3950，25度电阻为10KΩ。

4.根据权利要求1所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，其特征在于：所述第二电阻的电阻为4.7KΩ，所述第三电阻的电阻分别为20KΩ。

5.根据权利要求1所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，其特征在于：所述第一电容的电容为0.1uF。

6.根据权利要求1至5任一项所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，其特征在于：所述输出模块包括第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第二电容；所述第四电阻一端连接在所述三极管的集电极；所述第四电阻的另一端连接着地线；所述第六电阻和第二电容形成一并联电路，所述第六电阻和第二电容形成的并联电路一端连接着第五电阻，所述第六电阻和第二电容形成的并联电路另一端连接着地线；所述第五电阻一端连接在所述三极管的集电极，所述第五电阻的另一端连接着由所述第六电阻和第二电容形成的并联电路；所述复位信号一为3.3V，所述第四电阻的电阻为10KΩ，所述第五电阻的电阻为750Ω，所述第六电阻的电阻为909Ω，所述第二电容的电容为10pF。

7.根据权利要求1至5任一项所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，其特征在于：所述输出模块包括第四电阻和第二电容，所述第四电阻和第二电容形成并联电路，所述第四电阻和第二电容形成的并联电路一端连接着所述三极管的集电极，所述第四电阻和第二电容形成的并联电路另一一端连接着地线；所述复位信号一为1.8V，所述第四电阻的阻值为10KΩ，所述第二电容的电容为10pF。

8.如权利要求1至5任一项所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，其特征在于，所述三极管用相同功能特性的场效应管替换。

9.一种高性能服务器，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的应用于高性能服务器上的过热保护电路，所述应用于高性能服务器上的过热保护电路的信号输入端连接着控制板，所述实现高性能服务器过热保护电路的信号输出端连接着运算板上的运算芯片。