CN210780066U - 一种基于rack服务器电源板的过电流和过电压保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，包括控制单元、电压侦测单元、电流侦测单元和开关单元，所述电压侦测单元用于侦测电路的输入电压，所述电流侦测单元用于侦测电路的输入电流，所述控制单元用于控制开关单元的导通。本实用新型通过在整机柜铜排对电源板的供电设计中，采取输入过流和过压保护措施，使得单节点服务器负载电流过大或电压波动范围超过风险值时，单节点断开与铜排的连接，保护单节点服务器部件的同时也避免出现铜排短路，避免整机柜异常。

Description

一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路

技术领域

本实用新型涉及服务器电源板技术领域，具体涉及一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路。

背景技术

在RACK服务器系统中，每个RACK整机柜会有一个电源板连接铜排，为节点服务器供电，如图1所示。电源板通过调节服务器输入电压和电流大小，保障服务器的供电稳定性。电源板的供电方式为整机柜铜排供电，即电源板通过连接器直连到整机柜铜排，通过铜排取电工作。

随着互联网行业的快速发展，RACK服务器承受的业务量越来越大，业务类型越来越复杂，在服务器硬件设计的电气特性上体现为：电压和电流的波动频繁度和范围越来越大。如果服务器节点的主板负载异常过大时，负载消耗产生的能量累计到一定程度，就会导致部件温度快速升高，引发部件过热损坏的故障，甚至有可能导致部件短路烧毁，由于节点通过电源板和铜排直连，节点部件短路则有可能出现铜排短路，导致整机柜异常。

如果服务器节点在负载波动过大的情况下，引起电压波动过大，有可能会超出电子元器件的耐压值，导致部件损坏出现短路；电流过大，热量瞬间升高，可能会烧毁主板上的CPU、内存等负载部件。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供了一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，以解决RACK服务器单节点因过电流和/或过电压引起整机柜异常的问题。本实用新型通过在整机柜铜排对电源板的供电设计中，采取输入过流和过压保护措施，使得单节点服务器负载电流过大或电压波动范围超过风险值时，单节点断开与铜排的连接，保护单节点服务器部件的同时也避免出现铜排短路，避免整机柜异常。

本实用新型实施例公开了如下技术方案：

本实用新型提供了一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，包括控制单元、电压侦测单元、电流侦测单元和开关单元，所述电压侦测单元连接输入电压、电流侦测单元和控制单元，所述控制单元连接开关单元；所述电压侦测单元用于侦测电路的输入电压，所述电流侦测单元用于侦测电路的输入电流，所述控制单元用于控制开关单元的导通。

进一步地，所述电压侦测单元包括侦测电阻R38，侦测电阻R38的一端连接输入电压P12V_OUT_1和所述控制单元，侦测电阻R38的另一端连接所述控制单元和开关单元。

进一步地，所述电流侦测单元包括比较器P1，比较器P1的正向输入端连接电阻R2的一端，比较器P1的负向输入端连接所述控制单元，电阻R2的一端连接电阻R1的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端连接侦测电阻R38的另一端，比较器P1的电源输入端连接所述控制单元，比较器P1的输出端连接所述开关单元。

进一步地，所述控制单元包括控制芯片U3，U3的1引脚连接侦测电阻R38的另一端，U3的2引脚连接侦测电阻R38的一端，U3的3引脚连接电阻R69的一端，电阻R69的另一端连接电阻R37的一端和电阻R36的一端，电阻R37的另一端接地，电阻R36的另一端连接输入电压P12V_OUT_1，U3的4引脚连接电阻R43的一端和电阻R44的一端，电阻R43的另一端连接连接电阻R42的一端，电阻R44的另一端接地，电阻R42的另一端连接输出电压P12V_HDD，U3的5引脚接地，U3的6引脚通过电容C27接地，U3的7引脚通过电阻R40接地，U3的8引脚连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接比较器P1的负向输入端，U3的9引脚连接输出电压P12V_HDD和所述开关单元，U3的10引脚连接电阻R39的一端，电阻R39的另一端连接电容C28的一端和所述开关单元，电容C28的另一端接地。

进一步地，所述开关单元包括NMOS管Q8,NMOS管Q8的G极连接电阻R39的另一端和比较器P1的输出端，NMOS管Q8的D极连接电阻R38的另一端，NMOS管Q8的S极连接U3的9引脚。

进一步地，所述开关单元包括NMOS管Q5,NMOS管Q5的G极连接电阻R34的一端，电阻R34的另一端连接NMOS管Q8的G极，NMOS管Q5的D极连接电阻R38的另一端，NMOS管Q5的S极连接U3的9引脚。

实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，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：

1)本实用新型提供的基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，通过侦测电阻R38侦测电路的输入电压，并通过控制芯片U3控制NMOS管Q5和Q8，当输入电压超过设定阈值范围或低于设定阈值范围时，控制芯片触发电压异常保护，切断电源板的输出，保护单节点服务器主板，避免整机柜供电异常。

2)本实用新型提供的基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，通过比较器P1侦测电路的输入电流，并通过控制芯片U3控制NMOS管Q5和Q8，当输入电流超过设定阈值范围时，控制芯片触发过电流保护，切断电源板的输出，保护单节点服务器主板，避免整机柜供电异常。本实用新型电流侦测选用的比较器，芯片成本较电流侦测芯片低很多，在服务器节点数量多的情况下，节约了制造成本。

3)本实用新型提供的基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，开关单元设置NMOS管Q5和Q8，Q5和Q8互为冗余，当一个NMOS管失效后，另一个NMOS管继续工作，提高了电路的可靠性。

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，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为本实用新型所述现有电路结构框图；

图2为本实用新型所述电路结构框图；

图3为本实用新型实施例所述控制单元、电压侦测单元和开关单元的原理图；

图4为本实用新型实施例所述电流侦测单元的原理图。

具体实施方式

为了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，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型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。本实用新型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实用新型。

如图2所示，为本实用新型电路的结构框图，电路的输入端直连铜排，电路的输出端连接服务器主板。电路包括控制单元、电压侦测单元、电流侦测单元和开关单元，电压侦测单元连接输入电压、电流侦测单元和控制单元，控制单元连接开关单元。电压侦测单元用于侦测电路的输入电压，电流侦测单元用于侦测电路的输入电流，控制单元用于控制开关单元的导通。

图3为本实用新型实施例控制单元、电压侦测单元和开关单元的原理图，电压侦测单元包括侦测电阻R38，侦测电阻R38的一端连接输入电压P12V_OUT_1和控制单元，侦测电阻R38的另一端连接控制单元和开关单元。

图4为本实用新型实施例电流侦测单元的原理图，电流侦测单元包括比较器P1(AS393MTR-E1)，比较器P1的正向输入端连接电阻R2的一端，比较器P1的负向输入端连接控制单元，电阻R2的一端连接电阻R1的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端连接侦测电阻R38的另一端，比较器P1的电源输入端连接控制单元，比较器P1的输出端连接开关单元。

控制单元包括控制芯片U3(LM25061)，U3的1引脚连接侦测电阻R38的另一端，U3的2引脚连接侦测电阻R38的一端，U3的3引脚连接电阻R69的一端，电阻R69的另一端连接电阻R37的一端和电阻R36的一端，电阻R37的另一端接地，电阻R36的另一端连接输入电压P12V_OUT_1，U3的4引脚连接电阻R43的一端和电阻R44的一端，电阻R43的另一端连接连接电阻R42的一端，电阻R44的另一端接地，电阻R42的另一端连接输出电压P12V_HDD，U3的5引脚接地，U3的6引脚通过电容C27接地，U3的7引脚通过电阻R40接地，U3的8引脚连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接比较器P1的负向输入端，U3的9引脚连接输出电压P12V_HDD和开关单元，U3的10引脚连接电阻R39的一端，电阻R39的另一端连接电容C28的一端和开关单元，电容C28的另一端接地。

控制芯片U3的1引脚实时侦测电阻R38两端的电压值，输入电压正常时，控制芯片U3的10引脚默认输出为高电平；当反馈到控制芯片的电压值超出设定阈值时(正常输入电压为12V，当输入电压高于13.2V或者低于10.8V的阈值，均判定为异常)，控制芯片U3的10引脚输出变为低电平。

比较器P1侦测输入电流，比较器P1的负向输入端为控制芯片U3的电流保护阈值，当输入电流正常时，比较器P1输出为高电平；当输入电流大于电流保护阈值时，比较器P1输出为低电平。

开关单元包括NMOS管Q8,NMOS管Q8的G极连接电阻R39的另一端和比较器P1的输出端，NMOS管Q8的D极连接电阻R38的另一端，NMOS管Q8的S极连接U3的9引脚。

开关单元包括NMOS管Q5,NMOS管Q5的G极连接电阻R34的一端，电阻R34的另一端连接NMOS管Q8的G极，NMOS管Q5的D极连接电阻R38的另一端，NMOS管Q5的S极连接U3的9引脚。

NMOS管选用型号为CSD16414Q5，单个MOS导通电流在30A以上，其他符合此要求的NMOS也可使用。本实用新型NMOS管Q5和Q8互为冗余，当其中一个NMOS异常不导通时，另一个NMOS导通，用以支撑机器正常工作。

本实用新型实施例电路的工作原理如下：

输入电压正常时，比较器P1输出为高电平，控制芯片的10引脚为高电平，开关单元的NMOS导通，正常输出电压；

当控制芯片U3的1引脚侦测到输入电压值超出设定阈值时，控制芯片U3的10引脚输出变为低电平，开关单元的NMOS关断，停止输出电压，以保护控制芯片和后端服务器主板；

当比较器P1侦测到输入电流值超出设定阈值时，比较器P1输出为低电平，开关单元的NMOS关断，停止输出电压，以保护控制芯片和后端服务器主板。

以上所述只是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，其特征在于，所述电路包括控制单元、电压侦测单元、电流侦测单元和开关单元，所述电压侦测单元连接输入电压、电流侦测单元和控制单元，所述控制单元连接开关单元；所述电压侦测单元用于侦测电路的输入电压，所述电流侦测单元用于侦测电路的输入电流，所述控制单元用于控制开关单元的导通。

2.根据权利要求1所述的一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，其特征在于，所述电压侦测单元包括侦测电阻R38，侦测电阻R38的一端连接输入电压P12V_OUT_1和所述控制单元，侦测电阻R38的另一端连接所述控制单元和开关单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，其特征在于，所述电流侦测单元包括比较器P1，比较器P1的正向输入端连接电阻R2的一端，比较器P1的负向输入端连接所述控制单元，电阻R2的一端连接电阻R1的一端，电阻R2的另一端接地，电阻R1的另一端连接侦测电阻R38的另一端，比较器P1的电源输入端连接所述控制单元，比较器P1的输出端连接所述开关单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，其特征在于，所述控制单元包括控制芯片U3，U3的1引脚连接侦测电阻R38的另一端，U3的2引脚连接侦测电阻R38的一端，U3的3引脚连接电阻R69的一端，电阻R69的另一端连接电阻R37的一端和电阻R36的一端，电阻R37的另一端接地，电阻R36的另一端连接输入电压P12V_OUT_1，U3的4引脚连接电阻R43的一端和电阻R44的一端，电阻R43的另一端连接连接电阻R42的一端，电阻R44的另一端接地，电阻R42的另一端连接输出电压P12V_HDD，U3的5引脚接地，U3的6引脚通过电容C27接地，U3的7引脚通过电阻R40接地，U3的8引脚连接电阻R41的一端，电阻R41的另一端连接比较器P1的负向输入端，U3的9引脚连接输出电压P12V_HDD和所述开关单元，U3的10引脚连接电阻R39的一端，电阻R39的另一端连接电容C28的一端和所述开关单元，电容C28的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，其特征在于，所述开关单元包括NMOS管Q8,NMOS管Q8的G极连接电阻R39的另一端和比较器P1的输出端，NMOS管Q8的D极连接电阻R38的另一端，NMOS管Q8的S极连接U3的9引脚。

6.根据权利要求1所述的一种基于RACK服务器电源板的过电流和过电压保护电路，其特征在于，所述开关单元包括NMOS管Q5,NMOS管Q5的G极连接电阻R34的一端，电阻R34的另一端连接NMOS管Q8的G极，NMOS管Q5的D极连接电阻R38的另一端，NMOS管Q5的S极连接U3的9引脚。

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