一种基于边缘服务器的加热电路板的制作方法

1.本发明属于服务器技术领域，尤其涉及一种基于边缘服务器的加热电路板。


背景技术：

2.随着边缘计算相关技术的快速发展，信息化逐渐覆盖到社会的各个领域，并促进了边缘服务器在石油、电力等行业的落地，进而大大拓展了服务器的应用场景。我国幅员辽阔，上述涉及能源勘探的行业，由于工作环境和使用场景的广泛性，对边缘服务器高低温环境下的稳定性和可靠性提出了新的要求。
3.针对环境温度最低可达
‑
40℃，服务器箱体温度甚至更低的极低温部署环境，由于部分电子元器件不具备极低温度下开机工作的特性，边缘服务器现多采用在板底贴附加热片的设计方案，但是在板底部署加热片的方式在可靠性和使用效果等方面存在不足，使用中会出现电路板底面局部过热问题，且由于靠近机壳，热量损耗快，加热效果不理想。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于边缘服务器的加热电路板，旨在解决现有技术中在板底部署加热片的方式在可靠性和使用效果等方面存在不足，使用中会出现电路板底面局部过热问题，且由于靠近机壳，热量损耗快，加热效果不理想的问题。
5.本发明所提供的技术方案是：一种基于边缘服务器的加热电路板，包括电源及控制电路、加热机构、微控制器、实际电压采集处理电路、基准电压转换电路、电压比较器u6以及信号复用器u5，其中：
6.所述电源及控制电路，与所述信号复用器u5连接，用于根据所述信号复用器u5的生成的使能信号con_1的电平高低，对所述加热机构的上电状态进行控制；
7.所述加热机构与所述电源及控制电路连接，用于根据所述电源及控制电路的加热控制指令，对边缘服务器的机箱进行加热；
8.所述实际电压采集处理电路，分别与所述加热机构、电压比较器u6连接，用于对所述加热机构的工作电流进行采集，并对采集到的电流进行放大处理得到实际比较电压con_2，并将实际比较电压con_2输送至所述电压比较器u6；
9.所述微控制器，与温度传感器、信号复用器u5连接，用于通过所述温度传感器采集边缘服务器所处环境的温度参数，并依据采集到的所述边缘服务器所处环境的温度参数查询预先生成的环境温度与目标电压参考对照表，获取基准电压，同时依据获取到的所述基准电压生成muc_sel控制信号，并将所述muc_sel控制信号发送给所述信号复用器u5；
10.所述基准电压转换电路，分别与微控制器、电压比较器u6连接，用于对所述微控制器获取到的基准电压进行模数转换，并将模数转换后的基准电压输送至所述电压比较器u6；
11.所述电压比较器u6，与所述信号复用器u5连接，用于将所述实际比较电压con_2与基准电压进行比对，生成对应的高电平信号或低电平信号，并将生成的高电平信号或低电
平信号输送至所述信号复用器u5；
12.所述信号复用器u5，用于根据所述微控制器输送的所述muc_sel控制信号以及所述电压比较器u6输送的高电平信号或低电平信号，生成加热功率可调的用于控制所述加热机构的进入工作状态的使能信号con_1。
13.作为一种改进的方案，所述电源及控制电路包括nmos半桥驱动芯片u2和功率mos管q2，所述功率mos管q2的栅极与所述nmos半桥驱动芯片u2的引脚ho连接，所述功率mos管q2的漏极连接电源bat，所述功率mos管q2的源极通过二极管d6a与所述加热机构连接；
14.所述nmos半桥驱动芯片u2的引脚in与所述使能信号con_1连接；
15.所述功率mos管q2的栅极与所述nmos半桥驱动芯片u2的引脚ho之间的线路上设有电阻r16，所述nmos半桥驱动芯片u2的引脚vcc连接电源端vcc。
16.作为一种改进的方案，所述实际电压采集处理电路包括采样电阻r11和电流检测放大器u4；
17.所述电流检测放大器u4对所述采样电阻r11对所述加热机构的工作电流进行放大处理得到实际比较电压con_2。
18.作为一种改进的方案，所述加热机构为电热丝，且所述电热丝经由加热电路板内布局layout绕线所得，并于所述加热电路板的第二层进行布线。
19.作为一种改进的方案，所述基准电压转换电路包括一数模转换芯片u1，所述数模转换芯片u1的引脚outb与所述电压比较器u6的同向输入端连接，所述电压比较器u6的反向输入端与所述实际比较电压con_2信号连接，所述电压比较器u6的输出端与所述信号复用器u5的引脚m0连接；
20.所述信号复用器u5的引脚a形成所述使能信号con_1，所述信号复用器u5的引脚s连接所述微控制器的muc_sel控制信号。
21.作为一种改进的方案，当实际比较电压con_2小于基准电压aim_vol时，所述电压比较器的输出端为高电平；当实际比较电压con_2大于基准电压aim_vol时，所述电压比较器的输出端为低电平；
22.当mcu_sel控制信号置低时，所述使能信号con_1为电压比较器的输出端信号；当mcu_sel控制信号置高时，所述使能信号con_1置低，即所述电源及控制电路断路。
23.作为一种改进的方案，所述加热机构的加热功率可调式加热过程包括系统开机阶段、开机预热阶段、恒温控制加热阶段、中功率加热阶段、低功率加热阶段以及关闭加热阶段。
24.作为一种改进的方案，在所述系统开机阶段，温度传感器开始检测边缘服务器的环境温度参数，在预设的时间时间段内默认环温为预设阈值度数，由于检测到的环境温度未达激活加热机构执行加热动作的阈值，mcu_sel控制信号默认置高，即使能信号con_1置低，电源及控制电路断路；
25.在所述开机预热阶段，所述微控制器查询环境温度与目标电压参考对照表，得出目标电压值aim_vol等于第一高功率需求值，此时mcu_sel控制信号置低，即使能信号con_1置高，电源及控制电路导通并开始预热。
26.作为一种改进的方案，在所述恒温控制加热阶段，所述微控制器查询环境温度与目标电压参考对照表，得出目标电压值aim_vol等于高功率需求值，此时mcu_sel控制信号
置低，使能信号con_1恒等于电压比较器输出端的电压；
27.由于电压比较器的存在，当实际比较电压con_2略大于第一高功率需求值时，电压比较器输出端便置低，此时电源及控制电路相应关闭；电源及控制电路关闭后回路电流开始回落，当实际比较电压con_2回落低于第一高功率需求值时，电压比较器输出端便置高；
28.如此循环往复，控制实现电热丝的恒功率控制。
29.作为一种改进的方案，在所述中功率加热阶段，所述边缘服务器的环境温度上升，控制开始降低加热功率，微控制器依据环境温度与目标电压参考对照表，得出目标电压值aim_vol等于中功率需求值，并将基准电压下调至中功率需求值，按照所述恒温控制加热阶段的控制逻辑，维持中功率热量输出；
30.在所述低功率加热阶段，所述边缘服务器的环境温度上升，控制开始降低加热功率，微控制器依据环境温度与目标电压参考对照表，得出目标电压值aim_vol等于低功率需求值，并将基准电压下调至低高功率需求值，按照所述恒温控制加热阶段的控制逻辑，维持中功率热量输出；
31.在所述关闭加热阶段，环温高于预设阈值度数时，mcu_sel控制信号默认拉高，即使能信号con_1置低，电源及控制电路断路。
32.在本发明实施例中，基于边缘服务器的加热电路板，包括电源及控制电路、加热机构、微控制器、实际电压采集处理电路、基准电压转换电路、电压比较器u6以及信号复用器u5，电源及控制电路用于根据信号复用器u5的生成的使能信号con_1的电平高低，对加热机构的上电状态进行控制，实际电压采集处理电路以及基准电压转换电路分别用于获取实际比较电压con_2和基准电压，电压比较器u6、信号复用器u5结合微控制器实现加热功率的可调方案，提高低温环境下电加热效率，简化控制逻辑和代码量，减轻控制系统负担，提升系统稳定性和安全性。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
34.图1是本发明提供的基于边缘服务器的加热电路板的结构示意图；
35.图2是本发明提供的电源及控制电路与实际电压采集处理电路的电路示意图；
36.图3是本发明提供的基准电压转换电路、电压放大器以及信号复用器u5的电路示意图；
37.图4是本发明提供的基于边缘服务器的加热电路板的电路逻辑图。
具体实施方式
38.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的、技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
39.图1是本发明提供的基于边缘服务器的加热电路板的结构示意图，为了便于说明，图中仅给出了与本发明实施例相关的部分。
40.基于边缘服务器的加热电路板，其特征在于，包括电源及控制电路、加热机构、微控制器、实际电压采集处理电路、基准电压转换电路、电压比较器u6以及信号复用器u5，其中：
41.所述电源及控制电路，与所述信号复用器u5连接，用于根据所述信号复用器u5的生成的使能信号con_1的电平高低，对所述加热机构的上电状态进行控制；
42.所述加热机构与所述电源及控制电路连接，用于根据所述电源及控制电路的加热控制指令，对边缘服务器的机箱进行加热；
43.所述实际电压采集处理电路，分别与所述加热机构、电压比较器u6连接，用于对所述加热机构的工作电流进行采集，并对采集到的电流进行放大处理得到实际比较电压con_2，并将实际比较电压con_2输送至所述电压比较器u6；
44.所述微控制器，与温度传感器、信号复用器u5连接，用于通过所述温度传感器采集边缘服务器所处环境的温度参数，并依据采集到的所述边缘服务器所处环境的温度参数查询预先生成的环境温度与目标电压参考对照表，获取基准电压，同时依据获取到的所述基准电压生成muc_sel控制信号，并将所述muc_sel控制信号发送给所述信号复用器u5；
45.所述基准电压转换电路，分别与微控制器、电压比较器u6连接，用于对所述微控制器获取到的基准电压进行模数转换，并将模数转换后的基准电压输送至所述电压比较器u6；
46.所述电压比较器u6，与所述信号复用器u5连接，用于将所述实际比较电压con_2与基准电压进行比对，生成对应的高电平信号或低电平信号，并将生成的高电平信号或低电平信号输送至所述信号复用器u5；
47.所述信号复用器u5，用于根据所述微控制器输送的所述muc_sel控制信号以及所述电压比较器u6输送的高电平信号或低电平信号，生成加热功率可调的用于控制所述加热机构的进入工作状态的使能信号con_1。
48.在该实施例中，环境温度与目标电压参考对照表为预先生成的一个对照表，其中，该对照表由低温加热实验标定获得，所述目标电压的计算方式为：目标电压＝电热丝目标电流
×
采样电阻
×
电压放大倍数，在此不再赘述。
49.在本发明实施例中，加热机构为电热丝，且所述电热丝经由加热电路板内布局layout绕线所得，并于所述加热电路板的第二层进行布线，其中，位于第二层进行布线是基于元器件信号影响以及板材导热系数。
50.结合图2所示，电源及控制电路包括nmos半桥驱动芯片u2和功率mos管q2，所述功率mos管q2的栅极与所述nmos半桥驱动芯片u2的引脚ho连接，所述功率mos管q2的漏极连接电源bat，所述功率mos管q2的源极通过二极管d6a与所述加热机构连接；
51.所述nmos半桥驱动芯片u2的引脚in与所述使能信号con_1连接；
52.所述功率mos管q2的栅极与所述nmos半桥驱动芯片u2的引脚ho之间的线路上设有电阻r16，所述nmos半桥驱动芯片u2的引脚vcc连接电源端vcc；
53.其中，该电源及控制电路还包括其它元件，在此不再赘述。
54.如图2所示，实际电压采集处理电路包括采样电阻r11和电流检测放大器u4；
55.所述电流检测放大器u4对所述采样电阻r11对所述加热机构的工作电流进行放大处理得到实际比较电压con_2；
56.其中，采样电阻r11为阻值0.005ω高精度采样电阻，电流检测放大器u4为电流检测放大器，检测采样电阻r11两端的电压值并予以放大，其电压放大倍数由参考电阻r3、r4的阻值决定。
57.结合图3所示，基准电压转换电路包括一数模转换芯片u1，所述数模转换芯片u1的引脚outb与所述电压比较器u6的同向输入端连接，所述电压比较器u6的反向输入端与所述实际比较电压con_2信号连接，所述电压比较器u6的输出端与所述信号复用器u5的引脚m0连接；
58.所述信号复用器u5的引脚a形成所述使能信号con_1，所述信号复用器u5的引脚s连接所述微控制器的muc_sel控制信号；
59.其中，数模转换芯片u1为12位的数模转换器，其经由spi总线接收来自mcu的目标值并转换为对应电压值；
60.在该实施例中，结合图4所示，当实际比较电压con_2小于基准电压aim_vol时，所述电压比较器的输出端为高电平；当实际比较电压con_2大于基准电压aim_vol时，所述电压比较器的输出端为低电平；
61.当mcu_sel控制信号置低时，所述使能信号con_1为电压比较器的输出端信号；当mcu_sel控制信号置高时，所述使能信号con_1置低，即所述电源及控制电路断路。
62.在本发明实施例中，上述各个器件及元件均采用常见的型号，通过对应的程序设计和控制即可实现，在此不再赘述。
63.结合图1至图4，下述给出本发明基于边缘服务器的加热电路板的工作流程，其具体包括系统开机阶段、开机预热阶段、恒温控制加热阶段、中功率加热阶段、低功率加热阶段以及关闭加热阶段，其中：
64.在所述系统开机阶段(a
‑
b)，温度传感器开始检测边缘服务器的环境温度参数，在预设的时间时间段内默认环温为预设阈值度数，由于检测到的环境温度未达激活加热机构执行加热动作的阈值，mcu_sel控制信号默认置高，即使能信号con_1置低，电源及控制电路断路；
65.在所述开机预热阶段(b
‑
c)，所述微控制器查询环境温度与目标电压参考对照表，得出目标电压值aim_vol等于第一高功率需求值，此时mcu_sel控制信号置低，即使能信号con_1置高，电源及控制电路导通并开始预热；
66.在所述恒温控制加热阶段(c
‑
d)，所述微控制器查询环境温度与目标电压参考对照表，得出目标电压值aim_vol等于高功率需求值，此时mcu_sel控制信号置低，使能信号con_1恒等于电压比较器输出端的电压；由于电压比较器的存在，当实际比较电压con_2略大于第一高功率需求值时，电压比较器输出端便置低，此时电源及控制电路相应关闭；电源及控制电路关闭后回路电流开始回落，当实际比较电压con_2回落低于第一高功率需求值时，电压比较器输出端便置高；如此循环往复，控制实现电热丝的恒功率控制；
67.在所述中功率加热阶段(d
‑
e)，所述边缘服务器的环境温度上升，控制开始降低加热功率，微控制器依据环境温度与目标电压参考对照表，得出目标电压值aim_vol等于中功率需求值，并将基准电压下调至中功率需求值，按照所述恒温控制加热阶段的控制逻辑，维持中功率热量输出；
68.在所述低功率加热阶段(e
‑
f)，所述边缘服务器的环境温度上升，控制开始降低加
热功率，微控制器依据环境温度与目标电压参考对照表，得出目标电压值aim_vol等于低功率需求值，并将基准电压下调至低高功率需求值，按照所述恒温控制加热阶段的控制逻辑，维持中功率热量输出；
69.在所述关闭加热阶段(f
‑
g)，环温高于预设阈值度数时，mcu_sel控制信号默认拉高，即使能信号con_1置低，电源及控制电路断路。
70.在本发明实施例中，基于边缘服务器的加热电路板，包括电源及控制电路、加热机构、微控制器、实际电压采集处理电路、基准电压转换电路、电压比较器u6以及信号复用器u5，电源及控制电路用于根据信号复用器u5的生成的使能信号con_1的电平高低，对加热机构的上电状态进行控制，实际电压采集处理电路以及基准电压转换电路分别用于获取实际比较电压con_2和基准电压，电压比较器u6、信号复用器u5结合微控制器实现加热功率的可调方案，提高低温环境下电加热效率，简化控制逻辑和代码量，减轻控制系统负担，提升系统稳定性和安全性。
71.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。