WO2019210654A1 - 一种服务器开关电源输出电压的调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种服务器开关电源输出电压的调节系统及方法，该系统包括电平控制模块、开关电源控制芯片和多个电阻。该方法包括：获取电压调节压差和电压调节电路中多个电阻的阻值；多个电阻接收一X进制的电平控制信号，并根据所述电平控制信号分别使其所在的线路开路或接地；根据多个电阻所在电路的开路和接地状态，开关电源芯片控制开关电源以固定的电压调节压差，分X次进行电压输出。通过该系统和方法，能实现开关电源输出电压的线性均匀调节，从而满足服务器频率调节的稳定性要求，而且该系统结构简单，有利于降低成本和推广使用。

Description

一种服务器开关电源输出电压的调节系统及方法

本申请要求于2018年05月03日提交中国专利局、申请号为201810414319.7、发明名称为“一种服务器开关电源输出电压的调节系统及方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及服务器主板供电技术领域，特别是涉及服务器开关电源输出电压的调节。

背景技术

随着服务器技术的发展，服务器的应用领域越来越广泛，其中不乏各种使用服务器的小客户。一些特定的小客户通常希望采用最小的成本获得最高的服务器性能，例如：对服务器中CPU频率的超频使用，便是一个使用小成本获取高性能的方法。为实现CPU的超频使用，需要确保CPU频率的稳定，而CPU频率的稳定首先需要实现CPU供电电压的均匀调节，也就是需要实现服务器开关电源输出电压的均匀调节。

目前，对开关电源输出电压进行均匀调节的方法，通常是采用集成芯片，利用集成芯片的软体对集成芯片进行控制，从而实现通过集成芯片来均匀控制开关电源的输出电压。

然而，目前对开关电源输出电压进行均匀调节的方法中，利用集成芯片的软体程序控制集成芯片的操作过程比较复杂，非专业人员很难进行操作，不便于在小客户中推广使用。而且采用集成芯片去调节开关电源的输出电压，成本太高，也不符合小客户降低成本的需求。

发明内容

本申请提供了一种服务器开关电源输出电压的调节系统及方法，以解决现有技术中采用集成芯片控制开关电源输出电压的操作比较复杂、不便于推广的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种服务器开关电源输出电压的调节系统，所述调节系统包括：电平控制模块、开关电源控制芯片和多个电阻，所述多个电阻并联连接，所述多个电阻 的一端与开关电源控制芯片的FB端连接，所述多个电阻的另一端与电平控制模块连接，且多个电阻的阻值之比，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处满足基尔霍夫电流定律；其中，

所述电平控制模块，用于向多个电阻输出X进制的电平控制信号，其中X＝2 ^N，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量；

所述多个电阻，用于响应电平控制模块的电平控制信号，当电阻接收的电平控制信号为高电平时，电阻所在线路开路，当电阻接收的电平控制信号为低电平时，电阻所在线路接地；

所述开关电源控制芯片，用于根据多个电阻所在电路的开路和接地状态，控制开关电源以固定的电压调节压差，分X次进行电压输出，所述电压调节压差为开关电源输出电压每次调节的固定差值。

可选地，所述多个电阻的阻值构成等比数列，且等比数列的公比为2。

可选地，所述电阻的数量为四个。

可选地，所述四个电阻的阻值大小之比为8:4:2:1。

可选地，所述电平控制模块通过BIOS程序控制多个电阻的高低电平。

一种服务器开关电源输出电压的调节方法，所述调节方法包括：

获取电压调节压差和电压调节电路中多个电阻的阻值，所述电压调节压差为开关电源输出电压每次调节的固定差值；

多个电阻接收一X进制的电平控制信号，并根据所述电平控制信号分别使其所在的线路开路或接地，当电阻接收的电平控制信号为高电平时，电阻所在线路开路，当电阻接收的电平控制信号为低电平时，电阻所在线路接地，其中，X＝2 ^N，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量；

根据多个电阻所在电路的开路和接地状态，开关电源芯片控制开关电源以固定的电压调节压差，分X次进行电压输出。

可选地，所述电压调节电路包括一开关电源控制芯片和多个电阻，多个电阻并联连接，多个电阻的一端与开关电源控制芯片的FB端连接，多个电阻的另一端用于接收电平控制信号。

可选地，所述获取电压调节压差和电压调节电路中多个电阻的阻值，包括：

根据开关电源输出回路当前的输出电压、目标输出电压以及开关电源的电压调节次数，计算得出电压调节压差；

根据开关电源的电压调节次数，利用公式X＝2 ^N其计算得出多个电阻的数量，其中，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量；

根据多个电阻的数量，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处，利用基尔霍夫电流定律获取多个电阻的阻值之比；

根据多个电阻的阻值之比和电压调节压差，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处，利用基尔霍夫电流定律，计算得出多个电阻的阻值。

可选地，所述电阻的数量为四，且四个电阻的阻值大小之比为8:4:2:1。

可选地，所述电平控制信号通过BIOS程序进行控制。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供一种服务器开关电源输出电压的调节系统，该调节系统中包括电平控制模块、开关电源控制芯片和多个电阻，且多个电阻的阻值之比，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处满足基尔霍夫电流定律。通过设置开关电源控制芯片和多个电阻，构成一电压调节电路，然后利用电平控制模块向电压调节电路输出X进制的电平控制信号，开关电源芯片根据电阻的阻值之比以及电平状态控制开关电源以固定的电压调节压差，分X次进行电压输出。X进制的电平控制信号中，每个数字进位的电压调节压差相同，从而使开关电源的输出电压能够实现线性且均匀的调节，有利于提高服务频率调节的稳定性。

本申请实施例中电阻的数量优选四个，当采用四个电阻时，电平控制信号为十六进制，开关电源的输出电压可以进行十六次的线性均匀调节，十六次的线性均匀调节数量适中，既能实现开关电源输出电压的线性均匀调节，从而满足服务器频率调节的稳定性要求，又有利于降低成本，符合小客户的需求。

本申请还提供一种服务器开关电源输出电压的调节方法，该调节方法首先获取电压调节压差和电压调节电路中多个电阻的阻值，然后，多个电阻接收一X进制的电平控制信号，并根据所述电平控制信号分别使其所在的线路开路或 接地，最后，根据多个电阻所在电路的开路和接地状态，开关电源芯片控制开关电源以固定的电压调节压差，分X次进行电压输出。由于本申请能够根据实际情况，对不同的开关电源按照电压调节压差，采用多个电阻组成的电压调节电路，分X次进行电压的输出，从而能够实现开关电源输出电压的均匀线性调节，进而提高服务频率调节的稳定性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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为本申请实施例所提供的一种服务器开关电源输出电压的调节系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种包括有四个电阻的电压调节电路的调节系统电路原理图；

图3为本申请实施例所提供的一种服务器开关电源输出电压的调节方法的流程示意图。

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中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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，都应当属于本申请保护的范围。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种服务器开关电源输出电 压的调节系统的结构示意图。由图1可知，本申请中服务器开关电源输出电压的调节系统主要包括：电平控制模块、开关电源控制芯片和多个电阻三部分，多个电阻并联连接，多个电阻的一端与开关电源控制芯片的FB端连接，多个电阻的另一端与电平控制模块连接。开关电源控制芯片的FB端也就是反馈端。

其中，电平控制模块用于向多个电阻输出X进制的电平控制信号，其中X＝2 ^N，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量。多个电阻用于响应电平控制模块的电平控制信号，也就是根据电平控制信号控制不同线路的开路与接地状态，当电阻接收的电平控制信号为高电平时，电阻所在线路开路，当电阻接收的电平控制信号为低电平时，电阻所在线路接地。开关电源控制芯片用于根据电阻的阻值之比和电平状态，控制开关电源以固定的电压调节压差分X次进行电压输出。由以上连接关系和各部分的功能可知，多个电阻和开关电源控制芯片构成一电压调节电路，通过电平控制模块对电压调节电路进行高低电平控制。

本申请中，开关电源控制芯片所控制的开关电源输出电压的调节次数，决定了电平控制信号的进制数，而电平控制信号的进制数又与电阻的数量相关。如果电阻为三个，则电平控制模块的电平控制信号采用八进制，相应地，开关电源芯片控制开关电源的输出电压进行八次线性均匀调节。如果电阻为四个，则电平控制模块的电平控制信号采用十六进制，相应地，开关电源芯片控制开关电源的输出电压进行十六次线性均匀调节。如果电阻为五个，则电平控制模块的电平控制信号采用三十二进制，相应地，开关电源芯片控制开关电源的输出电压进行三十二次线性均匀调节。

本实施例中优选四个电阻，电平控制模块所输出的电平控制信号采用十六进制，开关电源芯片控制开关电源的输出电压进行十六次线性均匀调节。十六次的线性均匀调节次数适中，更符合芯片的承受能力和当前实际应用中客户的需求。而且，采用四个电阻实现十六次线性均匀调节，能够实现开关电源输出电压的均匀调节，能够满足服务器频率调节的稳定性。

进一步地，本实施例中电平控制模块可以通过BIOS程序控制多个电阻的高低电平状态。通过BIOS控制高低电平的方法通常为：进入BIOS界 面后，在电压调节菜单中改变多个电阻选项中每个电阻的“HIGH”或者“LOW”状态，从而控制多个电阻所在线路的高低电平输出。为便于操作，量产产品可在Windows系统或者Linux系统下做成小程序来实现。

需要注意的是，本申请中为实现均匀调节，对多个电阻的阻值之比有要求，其阻值分配要求在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处满足基尔霍夫电流定律。

以电压调节电路中包含四个电阻为例，详细阐述如何确定多个电阻的阻值之比。参见图2，图2为本申请实施例所提供的一种包括有四个电阻的电压调节电路的调节系统电路原理图。

由图2可知，四个电阻R1、R2、R3和R4的一端连接开关电源控制芯片的FB端，四个电阻的另一端通过BIOS控制其高低电平。本实施例中采用四个电阻，因此电平控制模块通过BIOS采用十六进制规律给四个电阻输出电平控制信号，详见表1：

表1

根据表1，使用十六进制规律给予高低电平。1代表高电平，0代表低电平。当电阻出现高电平时，该条线路相当于开路，当电阻出现电平时，该条线路相当于通过该电阻接地。

继续参见图2可知，电阻RA和RB为开关电源控制芯片的反馈电阻，M点为多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点，此处需要满足基尔霍夫电流定律。也就是说在M点处，根据基尔霍夫电流定律即可确定多个电阻的阻值之比。

可以通过设置电平控制信号实现两种输出回路情况，两种输出回路情况下均在M点处采用基尔霍夫定律。两种输出回路情况：一种为多个电阻 中只有一个电阻为低电平，其余电阻均设置为高电平，因此，电平控制信号为低电平的电阻所在线路接地，其余电阻所在线路均开路；另一种为多个电阻均设置为高电平，多个电阻所在线路均开路。

以调节次数X＝16为例，当十六进制为0时,参照表1可知，控制电平为0000，即R1、R2、R3、和R4所在线路均为低电平，定义此时整个开关电源的输出为U ₀，也就是初始输出电压值。当十六进制为1时,参照表1可知，控制电平为0001，即R4电阻所在线路输入为高电平，R1、R2、R3所在线路为低电平，定义此时整个开关电源的输出为U ₁；依次类推……；当十六进制为F时,参照表1，控制电平为1111，即R1、R2、R3和R4所在线路均为高电平，定义此时整个开关电源的输出为U _F，U _F即为目标输出电压值，也就是需要的最大调节电压值。电压调节压差也就是每个进位的电压差，本申请为均匀调节，所以每个进位的电压差相等,定义为ΔU，电压控制芯片FB端的电压定义为U _fb。

如上所述，U ₀，U ₁，……,U _F组成等差数列，ΔU即为公差，根据等差数列通项公式得出：

十六进制每一进位的电压值组成等差数列，正好能够满足工程设计中要求的均匀线性调节电压的要求。

通过BIOS将四个电阻R1、R2、R3和R4所在线路的电平控制信号分别设置为1110和1111。参照表1可知，电平控制信号为1101时，整个供电回路的输出电压为U _B，电平控制信号为1111时，整个供电回路的输出电压为U _F。两种情况下，在M点利用基尔霍夫电流定律可知，电平控制信号为1110时：

电平控制信号为1111时：

因此两种情况下可以推导得出：

采用同样的方法，参照表1可知，电平控制信号为1101时，整个供电回路的输出电压为U _D，电平控制信号为1111时，整个供电回路的输出电压为U _F。两种情况下，在M点利用基尔霍夫电流定律可推导得出：

采用同样的方法，参照表1可知，电平控制信号为1011时，整个供电回路的输出电压为U _B，电平控制信号为1111时，整个供电回路的输出电压为U _F。两种情况下，在M点利用基尔霍夫电流定律可推导得出：

采用同样的方法，参照表1，电平控制信号为0111时，整个供电回路的输出电压为U ₇，电平控制信号为1111时，整个供电回路的输出电压为U _F。两种情况下，在M点利用基尔霍夫电流定律可推导得出：

根据公式④⑤⑥⑦，计算得出R4：R3：R2：R1＝8:4:2:1，也就是当采用四个电阻时，电阻的阻值之比应为8:4:2:1。

本实施例中，电阻的阻值根据多个电阻的阻值之比、电阻的数量、电源控制芯片中反馈电阻的阻值、开关电源回路初始电压值以及目标输出电压值来决定。

具体地以四个电阻为例，根据以上公式①③和④，将电源控制芯片规格中RA和RB的值、初始输出电压值U ₀、目标输出电压值U _F代入，就可以确定电阻R4的阻值。然后根据四个电阻的阻值之比，就可以确定其余三个 电阻的阻值。

进一步地，本实施例中多个电阻的阻值偏差为±10％，也就是根据多个电阻的阻值之比，实际应用中阻值允许有10％以内的偏差。当然，当电阻值有10％以内的误差时，开关电源输出电压并非严格的等差数列，但是这种电阻值在工程应用上是可以接受的。例如：采用四个电阻时，计算得出四个电阻的阻值分别为24KΩ、12KΩ、6KΩ和3KΩ，如果其中一个或几个电阻的备料不足时，四个电阻的阻值也可以选择：24KΩ、12KΩ、6KΩ和3.3KΩ。

进一步可以推广到X＝2 ^N,R ₁、R ₂、R ₃……R _N组成的线路并联，定义U ₀为所有电阻所在线路为低电平输入时，开关电源的输出电压；当R ₂所在线路为低电平时，其余电阻所在线路为高电平，定义此时开关电源输出的电压为U ₂,以此类推，当所有电阻所在线路的输入电平为高电平时，定义此时开关电源输出的电压为U _N。U ₀，U ₁,U ₂,……,U _N组成等差数列，ΔU即为公差，根据等差数列通项公式得出：

根据实施例利用基尔霍夫电流定律的方法，当所有电阻线路都为高电平输入时，

当第N个电阻线路为低电平输入，其余为高电平输入时，

当第N-1个电阻线路为低电平输入，其余为高电平输入时，

当第N-2个电阻线路为低电平输入，其余为高电平输入时，

当第N-3个电阻线路为低电平输入，其余为高电平输入时，

依次类推，当第1个电阻线路为低电平输入，其余为高电平输入时，

由以上所有公式推出：

R _N：R _N-1：R _N-2：……：R ₁＝2 ^N-1：2 ^N-2：2 ^N-3：……：1

即R ₁：R ₂：R ₃：……：R _N＝1：2：4：……：2 ^N-1

即R ₁、R ₂、R ₃……R _N的阻值组成等比数列，公比为2。

进一步地，我们根据实施例的方法获得R _N的阻值，从而得到所有电阻的阻值。

在图1和图2所示实施例的基础之上参见图3，图3为本申请实施例所提供的一种服务器开关电源输出电压的调节方法的流程示意图。由图3可知，本申请中的调节方法主要包括如下过程：

S1：获取电压调节压差和电压调节电路中多个电阻的阻值。

本实施例中电压调节电路包括一开关电源控制芯片和多个电阻，多个电阻并联连接，多个电阻的一端与开关电源控制芯片的FB端连接，多个电阻的另一端用于接收电平控制信号。

获取电压调节压差和电压调节电路中多个电阻的阻值的方法，包括如下步骤：

S11：根据开关电源输出回路当前的输出电压、目标输出电压以及开关电源的电压调节次数，计算得出电压调节压差。

根据当前的输出电压、目标输出电压以及电压调节次数计算电压调节压差的方法，在图1和图2所示实施例中已经详细阐述，在此不再赘述。

S12：根据开关电源的电压调节次数，利用公式X＝2 ^N其计算得出多个电阻的数量，其中，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量。

S13：根据多个电阻的数量，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处，利用基尔霍夫电流定律获取多个电阻的阻值之比。

S14：根据多个电阻的阻值之比和电压调节压差，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处，利用基尔霍夫电流定律，计算得出多个电阻的阻值。

获取多个电阻的阻值之比的方法以及计算多个电阻的阻值的方法，在图1和图2所示实施例中已经详细阐述，在此不再赘述。

确定电压调节压差和多个电阻的阻值之后，执行步骤S2：多个电阻接收一X进制的电平控制信号，并根据电平控制信号分别使其所在的线路开路或接地。

具体地，当电阻接收的电平控制信号为高电平时，电阻所在线路开路，当电阻接收的电平控制信号为低电平时，电阻所在线路接地，其中，X＝2 ^N，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量。

本实施例中电平控制信号通过BIOS进行控制，具体地，可以在Windows系统或者Linux系统下通过BIOS程序控制。

S3：根据多个电阻所在电路的开路和接地状态，开关电源芯片控制开关电源线路以等差数列输出电压，等差数列公差为电源压差，分 ^X次进行电压输出。

也就是根据多个电阻所在电路的开路和接地状态，开关电源芯片控制开关电源线路以等差数列进行电压输出，等差数列公差为电源调节压差，且开关电源线路分X次进行电压输出。

本实施例中优选四个电阻，且四个电阻的阻值之比为8:4:2:1。

本实施例未详细描述的部分，可以参考图1和图2所示的实施例，两个实施例之间可以互相参照。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1. 一种服务器开关电源输出电压的调节系统，其特征在于，所述调节系统包括：电平控制模块、开关电源控制芯片和多个电阻，所述多个电阻并联连接，所述多个电阻的一端与开关电源控制芯片的FB端连接，所述多个电阻的另一端与电平控制模块连接，且多个电阻的阻值之比，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处满足基尔霍夫电流定律；其中，

   所述电平控制模块，用于向多个电阻输出X进制的电平控制信号，其中X＝2 ^N，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量；

   所述多个电阻，用于响应电平控制模块的电平控制信号，当电阻接收的电平控制信号为高电平时，电阻所在线路开路，当电阻接收的电平控制信号为低电平时，电阻所在线路接地；

   所述开关电源控制芯片，用于根据多个电阻所在电路的开路和接地状态，控制开关电源以固定的电压调节压差，分X次进行电压输出，所述电压调节压差为开关电源输出电压每次调节的固定差值。
2. 根据权利要求1所述的一种调节服务器开关电源的输出电压的系统，其特征在于，所述多个电阻的阻值构成等比数列，且等比数列的公比为2。
3. 根据权利要求2所述的一种服务器开关电源输出电压的调节系统，其特征在于，所述电阻的数量为四个。
4. 根据权利要求3所述的一种调节服务器开关电源的输出电压的系统，其特征在于，所述四个电阻的阻值大小之比为8:4:2:1。
5. 根据权利要求1-4中任一所述的一种服务器开关电源输出电压的调节系统，其特征在于，所述电平控制模块通过BIOS程序控制多个电阻的高低电平。
6. 一种服务器开关电源输出电压的调节方法，其特征在于，所述调节方法包括：

   获取电压调节压差和电压调节电路中多个电阻的阻值，所述电压调节压差为开关电源输出电压每次调节的固定差值；

   多个电阻接收一X进制的电平控制信号，并根据所述电平控制信号分别使 其所在的线路开路或接地，当电阻接收的电平控制信号为高电平时，电阻所在线路开路，当电阻接收的电平控制信号为低电平时，电阻所在线路接地，其中，X＝2 ^N，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量；

   根据多个电阻所在电路的开路和接地状态，开关电源芯片控制开关电源以固定的电压调节压差，分X次进行电压输出。
7. 根据权利要求6所述的一种服务器开关电源输出电压的调节方法，其特征在于，所述电压调节电路包括一开关电源控制芯片和多个电阻，多个电阻并联连接，多个电阻的一端与开关电源控制芯片的FB端连接，多个电阻的另一端用于接收电平控制信号。
8. 根据权利要求7所述的一种服务器开关电源输出电压的调节方法，其特征在于，所述获取电压调节压差和电压调节电路中多个电阻的阻值，包括：

   根据开关电源输出回路当前的输出电压、目标输出电压以及开关电源的电压调节次数，计算得出电压调节压差；

   根据开关电源的电压调节次数，利用公式X＝2 ^N其计算得出多个电阻的数量，其中，X为开关电源的电压调节次数，N为电阻的数量；

   根据多个电阻的数量，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处，利用基尔霍夫电流定律获取多个电阻的阻值之比；

   根据多个电阻的阻值之比和电压调节压差，在多个电阻与开关电源控制芯片的FB端连接点处，利用基尔霍夫电流定律，计算得出多个电阻的阻值。
9. 根据权利要求8所述的一种服务器开关电源输出电压的调节方法，其特征在于，所述电阻的数量为四，且四个电阻的阻值大小之比为8:4:2:1。
10. 根据权利要求6-9中任意一项所述的一种服务器开关电源输出电压的调节方法，其特征在于，所述电平控制信号通过BIOS程序进行控制。

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