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一种服务器PSU电源低电压保护装置及保护方法与

2021-05-04 10:14 | 来源:濮阳新闻网

本发明涉及服务器电源领域,具体涉及一种服务器PSU电源低电压保护装置。
 
背景技术:
 
随着服务器技术的发展,服务器中所用的CPU集成程度的进一步提升,CPU的负载电流也随之进一步增加,目前在研的CPU功耗可达200W以上,瞬态功耗可达400W以上,这给服务器研发带来进一步的挑战。
 
现阶段的服务器设计中,由于CPU的瞬态功耗波动较大,受传输路径上的阻抗影响,极易导致服务器PSU电源输出电压产生大幅度下降,进而触发系统发生输入UVP保护(Under Voltage Protection,低电压保护),发生掉电、重启、甚至宕机现象,对服务器用户造成不可估量的损失。
 
现有的设计中,针对由于CPU功耗过大造成PSU输出电压大幅度下降的现象,存在两种设计方案:
 
第一种方案是选用性能更高、参数更优的元器件及PCB板,以此来减小整个传输路径上的阻抗,同时提升PSU电源输出电压值,降低PSU电源输出产生大幅度下降的风险。
 
第二种方案是通过PMBUS总线获取PSU电源输出电压值,在系统BMC中设置一个阈值于PMBUS总线抓取的PSU电源输出电压值对比,当获取的PSU电源输出电压值低于设定的阈值时,系统BMC直接同CPU沟通,使得CPU降频,以此来降低CPU功耗,避免PSU输出电压过低造成系统掉电或宕机。
 
第一种方案会给服务器的设计带来更高的成本需要,且无法彻底避免此问题的发生。
 
第二种方案是通过软件处理,由于BMC获取电压数值只能通过一次轮巡来获取一次,处理数据的速率较低,可能会产生滞后反应,甚至针对时间很短的电压下降无法获取从而没有反应。
 
技术实现要素:
 
为解决上述问题,本发明提供一种经硬件电路实现服务器PSU电源低电压保护的装置。
 
本发明的技术方案是:一种服务器PSU电源低电压保护装置,包括:PSU电源和服务器CPU,还包括:
 
电压采样模块:采集PSU电源的输出电压得到采样电压,并将采样电压传输至电压比较模块;
 
电压比较模块:将采样电压与预设电压阈值进行比较,并将比较结果传输至控制降频模块;
 
控制降频模块:根据电压比较模块的比较结果控制服务器CPU是否降频。
 
进一步地,电压采样模块包括:电阻R1、电阻R2;电阻R1一端连接PSU电源的输出电压、另一端经电阻R2接地;电阻R1和电阻R2之间的节点接入电压比较模块。
 
进一步地,电压采样模块还包括:电容C1;电容C1与电阻R2并联。
 
进一步地,电压比较模块包括:电压比较器U1、电阻R3;电阻R1和电阻R2之间的节点连接至电压比较器U1的负相输入端,电压比较器U1的正相输入端连接参考电压,电压比较器U1的输出端接入控制降频模块;同时电压比较器U1的输出端经电阻R3上拉至上拉电源。
 
进一步地,控制降频模块包括:MOS管M1、电阻R4;所述电压比较器U1的输出端连接至MOS管M1的栅极,MOS管M1的源极接地,MOS管M1的漏极连接至服务器CPU,同时MOS管M1的漏极经电阻R4上拉至上拉电源。
 
一种服务器PSU电源低电压保护方法,包括:PSU电源和服务器CPU,所述保护方法包括以下步骤:
 
设定电压阈值;
 
采集PSU电源的输出电压得到采样电压;
 
比较采样电压是否小于电压阈值;
 
如果采样电压小于电压阈值,则服务器CPU降频。
 
进一步地,还包括电阻R1和电阻R2、电容C1;电阻R1一端连接PSU电源的输出电压、另一端经电阻R2接地,电容C1与电阻R2并联;采集PSU电源的输出电压得到采样电压具体方法为:PSU电源的输出电压经电阻R1和电阻R2分压,分压得到的电压为采样电压。
 
进一步地,包括电压比较器U1和电阻R3;电压比较器U1的输出端经电阻R3上拉至上拉电源;设定电压阈值具体方法为设定电压比较器U1的正相输入端电压;
 
比较采样电压是否小于电压阈值具体方法是:采集PSU电源的输出电压得到的采样电压输入电压比较器U1的负相输入端,电压比较器U1的正相输入端电压与其负相输入端电压相比较。
 
进一步地,还包括MOS管M1、电阻R4;所述电压比较器U1的输出端连接至MOS管M1的栅极,MOS管M1的源极接地,MOS管M1的漏极连接至服务器CPU,同时MOS管M1的漏极经电阻R4上拉至上拉电源;
 
如果采样电压小于电压阈值,则服务器CPU降频具体方法是:当电压比较器U1的负相输入端电压小于其正相输入端电压时,电压比较器U1的输出端输出高电平,MOS管M1导通,触发服务器CPU降频。
 
本发明提供的服务器PSU电源低电压保护装置,可及时有效地将反馈结果发送至服务器CPU,及时控制服务器CPU降频,从而解决由于服务器CPU功耗过大造成PSU电源输出电压大幅度降低的问题,避免由于PSU电源输出电压过低造成的系统掉电、重启、甚至宕机现象。本装置处理速度快,无滞后反应,稳定性高,成本低,可有效保护服务器运行。
 
具体实施方式
 
通过具体实施例对本发明进行详细阐述,以下实施例是对本发明的解释,而本发明并不局限于以下实施方式。
 
本实施例提供的服务器PSU电源低电压保护装置,包括PSU电源和服务器CPU4,还包括电压采样模块1、电压比较模块2和控制降频模块3。
 
电压采样模块1:采集PSU电源的输出电压得到采样电压,并将采样电压传输至电压比较模块2;
 
电压比较模块2:将采样电压与预设电压阈值进行比较,并将比较结果传输至控制降频模块3;
 
控制降频模块3:根据电压比较模块2的比较结果控制服务器CPU是否降频。
 
电压采样模块1包括:分压电阻R1、分压电阻R2;电压比较模块2包括:电压比较器U1、上拉电阻R3;控制降频模块3包括:MOS管M1、上拉电阻R4。
 
分压电阻R1一端连接PSU电源的输出电压、另一端经分压电阻R2接地;分压电阻R1和分压电阻R2之间的节点连接至电压比较器U1的负向输入端,电压比较器U1的正相输入端连接参考电压,电压比较器U1的输出端连接至MOS管M1的栅极,同时电压比较器U1的输出端经上拉电阻R3连接至上拉电源;MOS管M1的源极接地,MOS管M1的漏极连接至服务器CPU,同时MOS管M1的漏极经上拉电阻R4连接至上拉电源。
 
其中电压采样模块1还包括:滤波电容C1;滤波电容C1与分压电阻R2并联。滤波电容C1的容量可在0.01uF~0.1uF范围。
 
MOS管M1的漏极连接至服务器CPU的Prochot#引脚,当MOS管M1导通,服务器CPU的Prochot#信号被拉低,触发服务器CPU降频,降低服务器CPU功耗。
 
本装置工作原理如下:
 
PSU电源的输出电压Vpsu通过两个电压反馈电阻R1和电阻R2分压,所得到的电压经过高频滤波电容C1进行滤波后传输进电压比较器U1的负极。电压比较器U1的正极输入参考电压Vref,该参考电压研发人员可根据使用实际情况设定其电压值。电压比较器U1的输出端需要增加上拉电源V1和上拉电阻R3,为电压比较器U1的输出端提供一电平准位,用以推动控制降频模块3中的MOS管M1导通。电压比较器U1的输出端连接MOS管M1的栅极,MOS管M1的源极接地、漏极接服务器CPU的Prochot#信号,漏极同时通过上拉电源V1和上拉电阻R4上拉。当PSU电源输出电压高于设定阈值Vsd时,MOS管M1截止,服务器CPU的Prochot#为高电平;当PSU电源输出电压低于设定阈值Vsd时,MOS管M1导通,服务器CPU的Prochot#信号为低电平,可直接触发服务器CPU降频。
 
其中分压电阻R1和分压电阻R2阻值的选择由电压比较器U1的正极输入参考电压Vref而定,精度选择1%以内的电阻以此来提高设计精度;参考电压Vref一般可设定为1V。设计时,研发人员需提前设定PSU电源低电压保护的阈值Vsd,当PSU电源的输出电压低于Vsd时,电压比较器U1的输出端为高电平。分压电阻R1和R2阻值选择为:R1=(Vsd-Vref)*R2/Vref。另外,上拉电压V1的电压值可为3.3V,上拉电阻R3和上拉电阻R4的阻值可为4.7kohm,使用以上阻值和电源等可及时有效可靠地控制服务器CPU降频。
 
本实施例还提供一种服务器PSU电源低电压保护方法,包括以下步骤:
 
设定电压阈值;
 
采集PSU电源的输出电压得到采样电压;
 
比较采样电压是否小于电压阈值;
 
如果采样电压小于电压阈值,则服务器CPU降频。
 
还包括电阻R1和电阻R2、电容C1、电压比较器U1、电阻R3、MOS管M1、电阻R4。电阻R1一端连接PSU电源的输出电压、另一端经电阻R2接地,电容C1与电阻R2并联。采集PSU电源的输出电压得到采样电压具体方法为:PSU电源的输出电压经电阻R1和电阻R2分压,分压得到的电压为采样电压。电压比较器U1的输出端经电阻R3上拉至上拉电源,为电压比较器U1的输出端提供一电平准位。设定电压阈值具体方法为设定电压比较器U1的正相输入端电压;比较采样电压是否小于电压阈值具体方法是:采集PSU电源的输出电压得到的采样电压输入电压比较器U1的负相输入端,电压比较器U1的正相输入端电压与其负相输入端电压相比较。电压比较器U1的输出端连接至MOS管M1的栅极,MOS管M1的源极接地,MOS管M1的漏极连接至服务器CPU,同时MOS管M1的漏极经电阻R4上拉至上拉电源;如果采样电压小于电压阈值,则服务器CPU降频具体方法是:当电压比较器U1的负相输入端电压小于其正相输入端电压时,电压比较器U1的输出端输出高电平,MOS管M1导通,触发服务器CPU降频。
 
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。
 
技术特征:
1.一种服务器PSU电源低电压保护装置,包括:PSU电源和服务器CPU,其特征在于,还包括:
 
电压采样模块:采集PSU电源的输出电压得到采样电压,并将采样电压传输至电压比较模块;
 
电压比较模块:将采样电压与预设电压阈值进行比较,并将比较结果传输至控制降频模块;
 
控制降频模块:根据电压比较模块的比较结果控制服务器CPU是否降频。
 
2.根据权利要求1所述的服务器PSU电源低电压保护装置,其特征在于,电压采样模块包括:电阻R1、电阻R2;电阻R1一端连接PSU电源的输出电压、另一端经电阻R2接地;电阻R1和电阻R2之间的节点接入电压比较模块。
 
3.根据权利要求2所述的服务器PSU电源低电压保护装置,其特征在于,电压采样模块还包括:电容C1;电容C1与电阻R2并联。
 
4.根据权利要求2或3所述的服务器PSU电源低电压保护装置,其特征在于,电压比较模块包括:电压比较器U1、电阻R3;电阻R1和电阻R2之间的节点连接至电压比较器U1的负相输入端,电压比较器U1的正相输入端连接参考电压,电压比较器U1的输出端接入控制降频模块;同时电压比较器U1的输出端经电阻R3上拉至上拉电源。
 
5.根据权利要求4所述的服务器PSU电源低电压保护装置,其特征在于,控制降频模块包括:MOS管M1、电阻R4;所述电压比较器U1的输出端连接至MOS管M1的栅极,MOS管M1的源极接地,MOS管M1的漏极连接至服务器CPU,同时MOS管M1的漏极经电阻R4上拉至上拉电源。
 
6.一种服务器PSU电源低电压保护方法,包括:PSU电源和服务器CPU,其特征在于,所述保护方法包括以下步骤:
 
设定电压阈值;
 
采集PSU电源的输出电压得到采样电压;
 
比较采样电压是否小于电压阈值;
 
如果采样电压小于电压阈值,则服务器CPU降频。
 
7.根据权利要求6所述的服务器PSU电源低电压保护方法,其特征在于,还包括电阻R1和电阻R2、电容C1;电阻R1一端连接PSU电源的输出电压、另一端经电阻R2接地,电容C1与电阻R2并联;采集PSU电源的输出电压得到采样电压具体方法为:PSU电源的输出电压经电阻R1和电阻R2分压,分压得到的电压为采样电压。
 
8.根据权利要求7所述的服务器PSU电源低电压保护方法,其特征在于,包括电压比较器U1和电阻R3;电压比较器U1的输出端经电阻R3上拉至上拉电源;设定电压阈值具体方法为设定电压比较器U1的正相输入端电压;
 
比较采样电压是否小于电压阈值具体方法是:采集PSU电源的输出电压得到的采样电压输入电压比较器U1的负相输入端,电压比较器U1的正相输入端电压与其负相输入端电压相比较。
 
9.根据权利要求8所述的服务器PSU电压低电压保护方法,其特征在于,还包括MOS管M1、电阻R4;所述电压比较器U1的输出端连接至MOS管M1的栅极,MOS管M1的源极接地,MOS管M1的漏极连接至服务器CPU,同时MOS管M1的漏极经电阻R4上拉至上拉电源;
 
如果采样电压小于电压阈值,则服务器CPU降频具体方法是:当电压比较器U1的负相输入端电压小于其正相输入端电压时,电压比较器U1的输出端输出高电平,MOS管M1导通,触发服务器CPU降频。
 
技术总结
本发明公开一种服务器PSU电源低电压保护装置,包括:PSU电源和服务器CPU,还包括:电压采样模块:采集PSU电源的输出电压得到采样电压,并将采样电压传输至电压比较模块;电压比较模块:将采样电压与预设电压阈值进行比较,并将比较结果传输至控制降频模块;控制降频模块:根据电压比较模块的比较结果控制服务器CPU是否降频。本装置可及时有效地将反馈结果发送至服务器CPU,及时控制服务器CPU降频,从而解决由于服务器CPU功耗过大造成PSU电源输出电压大幅度降低的问题,避免由于PSU电源输出电压过低造成的系统掉电、重启、甚至宕机现象。
 
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