面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统的制作方法

本发明涉及数据中心供电，具体为面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统。

背景技术：

1、冗余开关电源技术是保障数据中心服务器高可用性的核心环节。当前主流的冗余供电方案通常采用n+m并联均流架构，其实现路径主要分为两类：其一为基于模拟控制的主动均流法，通过各电源模块实时采样输出电流，利用运算放大器调节反馈环路以实现负载均衡，该方法响应迅速，但受限于模拟器件的离散性，在多模块并联时易产生环流振荡，且难以适应处理器负载的毫秒级剧烈波动；其二为基于数字管理的均流策略，借助集成电路间总线或电源管理总线协调各模块输出，虽提升了可监控性与灵活性，却因通信延迟与采样量化误差，在动态负载切换瞬间常出现电压跌落超标或模块间严重抢流现象。然而，现有技术方案普遍将研究焦点置于稳态条件下的均流精度提升与短路故障隔离，却忽略了由物理布局导致的动态响应相位失配这一深层次固有问题。实际工程中，不同槽位的电源模块至负载母线的线路阻抗与寄生电感差异显著，导致远端模块发出的补偿电流在到达负载母线时，始终滞后于近端模块发出的补偿电流。现有专利虽涉及或门保护或热插拔抑制，但均未公开如何解决因母线长度时延引发的动态补偿竞争与高频寄生振荡问题，更未涉及该振荡对负载母线电压造成的纹波干扰，及其对后级电压调节模块输入端的影响。因此，如何在确保稳态均流精度的前提下，根治大动态负载下多模块因物理布局差异带来的暂态响应失步，并消除由此引发的误保护与输出不稳，仍是当前亟待攻克的技术盲区。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，包括多个电源模块，各电源模块并联连接至负载母线，还包括：

3、负载预判单元，用于获取电压调节模块的脉宽调制指令，根据该指令预测负载电流的变化量和变化率，并生成各电源模块的电流补偿预指令；

4、时延标定单元，设置于各电源模块内，用于标定该电源模块至负载母线之间的传输时延；

5、补偿控制器，设置于各电源模块内，接收所述电流补偿预指令，依据所在电源模块的传输时延对该电流补偿预指令进行时基平移，使各电源模块的补偿电流到达负载母线的时间一致；

6、阻抗匹配网络，设置于各电源模块的输出端与负载母线之间，依据所在电源模块的输出端至负载母线之间的线路阻抗参数，调节该电源模块的输出阻抗；

7、振荡抑制单元，跨接于负载母线的近端与远端之间，用于采集该负载母线上的高频纹波信号，并对该高频纹波信号进行滤波处理；

8、反馈微调单元，连接所述振荡抑制单元，用于接收该振荡抑制单元滤波处理后的残余纹波信号，当该残余纹波信号的幅值超出预设阈值时，向所述补偿控制器和所述阻抗匹配网络发送修正指令；

9、各电源模块按照经时基平移后的电流补偿预指令，经所述阻抗匹配网络向负载母线输出补偿电流，各电源模块的补偿电流经各自的传输路径传播后同时到达负载母线。

10、优选的，所述负载预判单元与电压调节模块的脉宽调制控制器之间通过通信总线连接，该负载预判单元从该脉宽调制控制器读取占空比指令。

11、优选的，所述时延标定单元在系统上电时向负载母线发送辨识信号，接收该辨识信号的回波，根据发送时刻与接收时刻的时间差标定该电源模块至负载母线的传输时延。

12、优选的，所述时延标定单元还用于标定该电源模块的输出端至负载母线之间的线路寄生电感，并将该寄生电感作为所述线路阻抗参数输出至所述阻抗匹配网络。

13、优选的，所述阻抗匹配网络包括可变电阻阵列和开关电容阵列，该可变电阻阵列的阻值和该开关电容阵列的容值根据所述寄生电感进行调节，以使该电源模块的输出阻抗趋近于预设的目标阻抗值。

14、优选的，所述补偿控制器对电流补偿预指令进行时基平移的方法为：获取所有电源模块中传输时延的最大值，计算该最大值与所在电源模块的传输时延之间的差值，将该差值作为该电源模块的时基平移量。

15、优选的，所述振荡抑制单元包含可调滤波器，该可调滤波器的滤波参数根据各电源模块的传输时延和线路阻抗参数进行设定，用于对所述负载母线上的高频纹波信号进行滤波处理。

16、优选的，所述反馈微调单元在所述残余纹波信号的幅值超出预设阈值时，向各补偿控制器发送修正指令，各补偿控制器根据该修正指令重新调整各自的时基平移量。

17、优选的，所述反馈微调单元还向各阻抗匹配网络发送修正指令，各阻抗匹配网络根据该修正指令重新调节各自的输出阻抗。

18、优选的，所述负载母线为直流母线，该直流母线的标称电压为48伏。

19、本发明提供了面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统。具备以下有益效果：

20、通过在各模块内设置时延标定单元和补偿控制器，使每个模块在上电时就能测出自己到负载母线的传输时延；补偿控制器根据所有模块中的最大时延值，为每个模块单独计算时基平移量，远端模块提前发出补偿电流，近端模块延后发出补偿电流；这样一来，虽然各模块的发出时刻不同，但补偿电流在沿母线传播之后能够同时到达负载端，消除了因物理布局差异导致的动态响应滞后问题；同时，时延标定单元还能测出各模块的线路寄生电感，阻抗匹配网络依据该电感值调节可变电阻和开关电容，使各模块的输出阻抗趋于一致；在时间同步和阻抗一致两方面共同作用，各模块在动态负载变化时能够协同出力，不会出现近端模块过载、远端模块补不上的情况，母线电压在负载变化时能尽快恢复稳定。

21、振荡抑制单元跨接在母线近端和远端之间，采集差分电压中的高频纹波，并根据各模块的时延和阻抗参数进行滤波处理；反馈微调单元监测滤波后的残余纹波，当纹波幅值超出预设阈值时，同时向补偿控制器和阻抗匹配网络发送修正指令，引导两者协同调整；补偿控制器微调时基平移量，阻抗匹配网络微调输出阻抗，两者配合反复收敛，母线的高频振荡会被逐渐消减下去；母线电压稳定之后，串入电压调节模块输入端的纹波也会随之减少，电压调节模块的工作条件得到改善；整个系统不需要依赖提高开关频率或加快环路响应这类常规手段，而是从同步补偿和阻抗匹配的源头入手，对不同的机柜布局和模块配置都有较好的适应能力。

1.面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，包括多个电源模块，各电源模块并联连接至负载母线，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述负载预判单元与电压调节模块的脉宽调制控制器之间通过通信总线连接，该负载预判单元从该脉宽调制控制器读取占空比指令。

3.根据权利要求2所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述时延标定单元在系统上电时向负载母线发送辨识信号，接收该辨识信号的回波，根据发送时刻与接收时刻的时间差标定该电源模块至负载母线的传输时延。

4.根据权利要求3所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述时延标定单元还用于标定该电源模块的输出端至负载母线之间的线路寄生电感，并将该寄生电感作为所述线路阻抗参数输出至所述阻抗匹配网络。

5.根据权利要求4所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述阻抗匹配网络包括可变电阻阵列和开关电容阵列，该可变电阻阵列的阻值和该开关电容阵列的容值根据所述寄生电感进行调节，以使该电源模块的输出阻抗趋近于预设的目标阻抗值。

6.根据权利要求5所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述补偿控制器对电流补偿预指令进行时基平移的方法为：获取所有电源模块中传输时延的最大值，计算该最大值与所在电源模块的传输时延之间的差值，将该差值作为该电源模块的时基平移量。

7.根据权利要求1所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述振荡抑制单元包含可调滤波器，该可调滤波器的滤波参数根据各电源模块的传输时延和线路阻抗参数进行设定，用于对所述负载母线上的高频纹波信号进行滤波处理。

8.根据权利要求7所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述反馈微调单元在所述残余纹波信号的幅值超出预设阈值时，向各补偿控制器发送修正指令，各补偿控制器根据该修正指令重新调整各自的时基平移量。

9.根据权利要求8所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述反馈微调单元还向各阻抗匹配网络发送修正指令，各阻抗匹配网络根据该修正指令重新调节各自的输出阻抗。

10.根据权利要求1所述的面向数据中心服务器供电的冗余开关电源系统，其特征在于：所述负载母线为直流母线，该直流母线的标称电压为48伏。