一种可编程模块化电源及应用方法与流程

1.本发明涉及模块化电源设计技术领域，具体涉及一种可编程模块化电源及应用方法。


背景技术：

2.服务器供电输入分为12v输入和54v输入，12v输入主要用于常规服务器系统，系统输入12v电压经主板vr转换形成5v/3.3v等电压为内存，cpu，硬盘等部件供电。54v输入系统主要用于gpu配置机型，因部分gpu为54v直接供电，且功耗较大，所以服务器系统直接由54v供电，54v电压再由主板vr转换成12v/5v/3.3v为其他非gpu部件供电。
3.现有技术服务器供电psu一般分为两种输出电压规格，需要根据不同的系统搭配不同输出规格的psu供电。为避免不同输出电压规格的psu异常混差使用造成系统烧毁，12v/54v两种psu需要满足结构防呆，避免混用。
4.现有技术需要根据不同的使用场景使用不同的psu供电，不利于psu物料的采购、仓库备料、产线生产。两种物料需要分类管控。设计开发端需要两套开发系统，提高了研发成本和设计周期。


技术实现要素：

5.针对根据不同的使用场景使用不同的psu供电，不利于psu物料的采购、仓库备料、产线生产。两种物料需要分类管控。设计开发端需要两套开发系统，提高了研发成本和设计周期的问题，本发明一种可编程模块化电源及应用方法，以解决有效解决了不同服务器对12v/54v两种电源输出规格的统一需求。
6.本发明的技术方案是：
7.一方面，本发明技术方案提供一种可编程模块化电源，包括电源输入端、电源输出端、变压器和控制模块；
8.变压器的初级连接到电源输入端；变压器的次级包括多路输出线包，每路输出线包通过mos管连接到电源输出端；
9.相邻的输出线包之间通过mos管连接；
10.控制模块分别与变压器的调频控制端和mos管的控制端连接，通过控制模块控制不同mos管的导通控制多路输出线包的串联或并联，实现不同电压的输出。
11.通过本发明的设计，有效解决了不同服务器对两种电源输出规格的统一需求。一款电源满足两个规格的要求，有利于采购，库存及产线统一管理使用。提高了部件复用率，对产品质量管控也会有明显改善。
12.优选地，变压器的次级包括n路输出线包，每路输出线包均设置有第一输出端和第二输出端；
13.mos管包括隔离mos管和mos开关管；
14.每路输出线包的第一输出端均分别通过隔离mos管连接到电源输出端；
15.该电源还包括防倒灌模块，防倒灌模块与隔离mos管连接，防倒灌模块检测到该路输出线包输出故障时，控制连接的隔离mos管关闭；
16.前n-1路输出线包的第二输出端均分别通过mos开关管接地；第n路输出线包的第二输出端接地；
17.相邻的输出线包之间通过mos开关管连接；
18.控制模块分别与mos开关管的控制端连接。
19.防倒灌模块的输入端连接到输出线包的输出，防倒灌模块的输出端连接到电源输出端，防倒灌模块检测到输出线包的输出的电压与电源输出端的电压的压差不在设定的阈值范围时，防倒灌模块的控制端输出控制信号控制与防倒灌模块并联的隔离mos管关闭，作为多路并联输出时，其中一路故障不影响输出的电压。
20.优选地，每一路输出线包连接的防倒灌模块与该路的隔离mos管的栅极连接，每一路输出线包连接的隔离mos管的漏极连接到该路输出线包的第一输出端，每一路输出线包连接的隔离mos管的源极连接到电源输出端。
21.优选地，第一路输出线包的第二输出端连接到mos开关管的源极，该mos开关管的漏极连接到第二路输出线包的第一输出端，该mos开关管的栅极连接到控制模块；第二路输出线包的第二输出端连接到下一个mos开关管的源极，逐路依次连接，第n-1路输出线包的第二输出端连接到mos开关管的源极，mos管的漏极连接到第n路输出线包的第一输出端。
22.多路输出线包串联输出时，第n路输出线包的第一输出端连接到电源输出端，第一路输出线包的第二输出端接地，将多路输出线包的输出电压串联后输出。
23.优选地，变压器的次级包括四路输出线包，分别为第一路输出线包、第二路输出线包、第三路输出线包、第四路输出线包；
24.mos管包括第一mos开关管、第二mos开关管、第三mos开关管、第四mos开关管、第五mos开关管、第六mos开关管；
25.第一路输出线包的第二输出端连接到第四mos开关管的源极，第四mos开关管的漏极连接到第二路输出线包的第一输出端，第四mos开关管的栅极连接到控制模块；第二路输出线包的第二输出端连接到第五mos开关管的源极，第五mos开关管的漏极连接到第二路输出线包的第一输出端，第五mos开关管的栅极连接到控制模块；第三路输出线包的第二输出端连接到第六mos开关管的源极，第六mos管的漏极连接到第四路输出线包的第一输出端，第六mos开关管的栅极连接到控制模块。
26.优选地，mos管还包括第一隔离mos管、第二隔离mos管、第三隔离mos管、第四隔离mos管，防倒灌模块包括第一防倒灌模块、第二防倒灌模块、第三防倒灌模块、第四防倒灌模块；
27.第一隔离mos管的漏极与第一路输出线包的第一端连接，第一隔离mos管的栅极连接到第一防倒灌模块的控制输出端，第一防倒灌模块的输入端与第一路输出线包的第一端连接，第一防倒灌模块的输出端与电源输出端连接；第一路输出线包的第二端连接到第一mos开关管的漏极，第一mos开关管的源极接地，第一mos开关管的栅极连接到控制模块；
28.第二隔离mos管的漏极与第二路输出线包的第一端连接，第二隔离mos管的栅极连接到第二防倒灌模块的控制输出端，第二防倒灌模块的输入端与第二路输出线包的第一端连接，第二防倒灌模块的输出端与电源输出端连接；第二路输出线包的第二端连接到第二
mos开关管的漏极，第二mos开关管的源极接地，第二mos开关管的栅极连接到控制模块；
29.第三隔离mos管的漏极与第三路输出线包的第一端连接，第三隔离mos管的栅极连接到第三防倒灌模块的控制输出端，第三防倒灌模块的输入端与第三路输出线包的第一端连接，第三防倒灌模块的输出端与电源输出端连接；第三路输出线包的第二端连接到第三mos开关管的漏极，第三mos开关管的源极接地，第三mos开关管的栅极连接到控制模块；
30.第四隔离mos管的漏极与第四路输出线包的第一端连接，第四隔离mos管的栅极连接到第四防倒灌模块的控制输出端，第四防倒灌模块的输入端与第四路输出线包的第一端连接，第四防倒灌模块的输出端与电源输出端连接，第四路输出线包的第二端接地。
31.可编程模块化电源内部设计4路独立输出线包(电压转换模块)，通过pmbus通信接受系统的供电需求规格，控制模块控制内部输出线包串联或并联运行，满足输出供电要求，实现可编程电压输出。提高电源复用率。
32.优选地，控制模块包括dsp。
33.优选地，防倒灌模块包括lm5050芯片。
34.优选地，每路输出线包输出经过整流滤波模块连接mos管后进入电源输出端。
35.第二方面，本发明技术方案提供一种可编程模块化电源的应用方法，可编程模块化电源为第一方面所述的可编程模块化电源；
36.可编程模块化电源初始上电处于standby状态时，通过pmbus总线与系统bmc通信，确认系统对可编程模块化电源的供电输出要求；
37.根据供电输出要求可编程模块化电源内部控制模块控制不同mos管的导通控制多路输出线包的串联或并联，实现不同电压的输出；
38.当每路输出线包输出故障时，该路的防倒灌模块输出控制信号控制该路连接的隔离mos管关闭，同时控制模块通过pmbus通信产生报警。
39.优选地，当变压器的次级包括四路输出线包，控制模块包括dsp时，根据供电输出要求可编程模块化电源内部控制模块控制不同mos管的导通控制多路输出线包的串联或并联，实现不同电压的输出的步骤包括：
40.当系统要求可编程模块化电源输出12v时，可编程模块化电源内部dsp控制第一隔离mos管、第二隔离mos管、第三隔离mos管、第四隔离mos管、第一mos开关管、第二mos开关管、第三mos开关管导通，控制第四mos开关管、第五mos开关管、第六mos开关管关闭，使可编程模块化电源内部4路12v输出并联，可编程模块化电源对外输出12v满足系统供电要求；
41.当系统要求可编程模块化电源输出54v时，dps控制调整变压器pfm频率使每路输出线包均输出13.5v电压，同时控制第四mos开关管、第五mos开关管、第六mos开关管导通，控制第一隔离mos管、第二隔离mos管、第三隔离mos管、第四隔离mos管、第一mos开关管、第二mos开关管、第三mos开关管关闭。使可编程模块化电源内部4路输出串联，满足54v电压输出，为gpu服务器系统供电。
42.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：有利于采购，库存及产线统一管理使用。提高了部件复用率，对产品质量管控也会有明显改善。通过在psu内部设计四路独立输出模块，使psu在内部程序的控制下根据系统需求并联或串联输出，从而满足不同系统应用场景(gpu/通用服务器)的供电输出需求。极大提高了psu的通用性，无需为gpu配置单独开发电源。同时psu内部的元件复用性也得到了提高，有利于集中采购，统一管理，降低元
件成本。
43.此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
44.由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明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。
46.图1是本发明一个实施例的可编程模块化电源的示意性连接框图。
47.图2是本发明一个实施例的变压器结构示意图。
48.图3是本发明一个实施例的4路输出线包的可编程模块化电源示意性连接框图。
具体实施方式
49.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
50.如图1所示，本发明实施例提供一种可编程模块化电源，包括电源输入端vin、电源输出端out、变压器u1和控制模块u2；
51.变压器u1的初级in连接到电源输入端vin；变压器的次级包括多路输出线包1-n，每路输出线包通过mos管连接到电源输出端out；
52.相邻的输出线包之间通过mos管连接；
53.控制模块u2分别与变压器u1的调频控制端和mos管的控制端连接，通过控制模块控制不同mos管的导通控制多路输出线包的串联或并联，实现不同电压的输出。
54.通过本发明的设计，有效解决了不同服务器对两种电源输出规格的统一需求。一款电源满足两个规格的要求，有利于采购，库存及产线统一管理使用。提高了部件复用率，对产品质量管控也会有明显改善。
55.在有些实施例中，变压器u1的次级包括n路输出线包，每路输出线包均设置有第一输出端和第二输出端；
56.mos管包括隔离mos管和mos开关管；
57.每路输出线包的第一输出端均分别通过隔离mos管连接到电源输出端out；
58.该电源还包括防倒灌模块，防倒灌模块与隔离mos管连接，防倒灌模块检测到该路输出线包输出故障时，控制连接的隔离mos管关闭；
59.前n-1路输出线包的第二输出端均分别通过mos开关管接地；第n路输出线包的第二输出端接地；
60.相邻的输出线包之间通过mos开关管连接；
61.控制模块u2分别与mos开关管的控制端连接。
62.防倒灌模块的输入端连接到输出线包的输出，防倒灌模块的输出端连接到电源输出端，防倒灌模块检测到输出线包的输出的电压与电源输出端的电压的压差不在设定的阈值范围时，防倒灌模块的控制端输出控制信号控制与防倒灌模块并联的隔离mos管关闭，作为多路并联输出时，其中一路故障不影响输出的电压。
63.在有些实施例中，每一路输出线包连接的防倒灌模块与该路的隔离mos管的栅极连接，每一路输出线包连接的隔离mos管的漏极连接到该路输出线包的第一输出端，每一路输出线包连接的隔离mos管的源极连接到电源输出端out。
64.第一路输出线包的第二输出端连接到mos开关管的源极，该mos开关管的漏极连接到第二路输出线包的第一输出端，该mos开关管的栅极连接到控制模块；第二路输出线包的第二输出端连接到下一个mos开关管的源极，逐路依次连接，第n-1路输出线包的第二输出端连接到mos开关管的源极，mos管的漏极连接到第n路输出线包的第一输出端。
65.多路输出线包串联输出时，第n路输出线包的第一输出端连接到电源输出端，第一路输出线包的第二输出端接地，将多路输出线包的输出电压串联后输出。
66.在有些实施例中，如图3所示，变压器的次级包括四路输出线包，分别为第一路输出线包1、第二路输出线包2、第三路输出线包3、第四路输出线包4；
67.mos管包括第一mos开关管q1、第二mos开关管q2、第三mos开关管q3、第四mos开关管q4、第五mos开关管q5、第六mos开关管q6；
68.第一路输出线包1的第二输出端连接到第四mos开关管q4的源极，第四mos开关管q4的漏极连接到第二路输出线包2的第一输出端，第四mos开关管q4的栅极连接到控制模块u2；第二路输出线包2的第二输出端连接到第五mos开关管q5的源极，第五mos开关管q5的漏极连接到第二路输出线包2的第一输出端，第五mos开关管q2的栅极连接到控制模块u2；第三路输出线包3的第二输出端连接到第六mos开关管q6的源极，第六mos管q6的漏极连接到第四路输出线包4的第一输出端，第六mos开关管q6的栅极连接到控制模块u2。
69.mos管还包括第一隔离mos管m1、第二隔离mos管m2、第三隔离mos管m3、第四隔离mos管m4，防倒灌模块包括第一防倒灌模块11、第二防倒灌模块22、第三防倒灌模块33、第四防倒灌模块44；
70.第一隔离mos管m1的漏极与第一路输出线包1的第一端连接，第一隔离mos管m1的栅极连接到第一防倒灌模块11的控制输出端，第一防倒灌模块11的输入端与第一路输出线包1的第一端连接，第一防倒灌模块11的输出端与电源输出端out连接；第一路输出线包1的第二端连接到第一mos开关管q1的漏极，第一mos开关管q1的源极接地，第一mos开关管q1的栅极连接到控制模块u2；
71.第二隔离mos管m2的漏极与第二路输出线包2的第一端连接，第二隔离mos管m2的栅极连接到第二防倒灌模块22的控制输出端，第二防倒灌模块22的输入端与第二路输出线包2的第一端连接，第二防倒灌模块22的输出端与电源输出端out连接；第二路输出线包2的第二端连接到第二mos开关管q2的漏极，第二mos开关管q2的源极接地，第二mos开关管q2的栅极连接到控制模块u2；
72.第三隔离mos管m3的漏极与第三路输出线包3的第一端连接，第三隔离mos管m3的栅极连接到第三防倒灌模块33的控制输出端，第三防倒灌模块33的输入端与第三路输出线包3的第一端连接，第三防倒灌模块33的输出端与电源输出端out连接；第三路输出线包3的
第二端连接到第三mos开关管q3的漏极，第三mos开关管q3的源极接地，第三mos开关管q3的栅极连接到控制模块u2；
73.第四隔离mos管m4的漏极与第四路输出线包4的第一端连接，第四隔离mos管m4的栅极连接到第四防倒灌模块44的控制输出端，第四防倒灌模块44的输入端与第四路输出线包4的第一端连接，第四防倒灌模块44的输出端与电源输出端out连接，第四路输出线包4的第二端接地。
74.可编程模块化电源内部设计4路独立输出线包(电压转换模块)，通过pmbus通信接受系统的供电需求规格，控制模块控制内部输出线包串联或并联运行，满足输出供电要求，实现可编程电压输出。提高电源复用率。
75.需要说明的是，控制模块包括dsp。防倒灌模块包括lm5050芯片。每路输出线包输出经过整流滤波模块连接mos管后进入电源输出端。dsp控制mos管的通断时，采用现有的mos管驱动电路进行驱动再次不作赘述。
76.在可编程模块化电源(本实施例中称为psu)次级变压器设计4个1:1变比的输出线包如图2所示，每个输出线包输出经整流滤波后都为12v电压，每路整流滤波后的输出连接mos管后进入电源输出端。psu初始上电处于standby状态时，通过pmbus总线与系统bmc通信，确认系统对psu的供电输出要求。当系统要求psu输出12v时，psu内部dsp控制m1/2/3/4以及q1/2/3导通，q4/5/6关闭，使psu内部4路12v输出并联，psu对外输出12v满足系统供电要求。每路输出设置防倒灌电路(基于lm5050芯片组成的oring电路)，过流过压保护电路，当每一路输出出现故障时，lm5050芯片控制对应路输出隔离mos管关闭，避免影响其他分路的正常运行。此时psu对外12v供电电压正常，输出功率减小。psu通过pmbus通信产生报警，系统降频，减小功耗，从而避免因psu输出功率减小而导致系统宕机，为后期维护赢得时间。当系统要求psu输出54v时，dps控制调整变压器pfm频率使4个分路输出13.5v电压，同时q4/5/6导通，m1/2/3/4以及q1/2/3关闭。psu内部4路输出串联，满足54v电压输出，为gpu服务器系统供电。这样同一psu，根据内部fw的控制，可以满足多种场景的服务器系统供电需求，极大提高了psu的通用性。
77.本技术中的psu内部分4路供电模块到输出端。psu各输出端接并联隔离输出mos管与串联mos管，psu根据系统内的不同供电需求控制mos管的导通与关闭，实现四路输出的并联或串联，从而满足不同的输出供电电压需求。每路供电设计过欠压保护电路，4路并联运行时，每路出现故障立即关闭隔离mos管输出，不影响其他分路为系统供电，最大限度满足系统供电需求。psu初始上电处于standby状态时，通过pmbus通信获取服务器系统的供电要求，控制内部mos管及电压驱动电路，匹配系统供电。
78.本发明实施例还提供一种可编程模块化电源的应用方法，可编程模块化电源为上述实施例中所述的可编程模块化电源；
79.可编程模块化电源初始上电处于standby状态时，通过pmbus总线与系统bmc通信，确认系统对可编程模块化电源的供电输出要求；
80.根据供电输出要求可编程模块化电源内部控制模块控制不同mos管的导通控制多路输出线包的串联或并联，实现不同电压的输出；
81.当每路输出线包输出故障时，该路的防倒灌模块输出控制信号控制该路连接的隔离mos管关闭，同时控制模块通过pmbus通信产生报警。
82.需要说明的是，当变压器的次级包括四路输出线包，控制模块包括dsp时，根据供电输出要求可编程模块化电源内部控制模块控制不同mos管的导通控制多路输出线包的串联或并联，实现不同电压的输出的步骤包括：
83.当系统要求可编程模块化电源输出12v时，可编程模块化电源内部dsp控制第一隔离mos管、第二隔离mos管、第三隔离mos管、第四隔离mos管、第一mos开关管、第二mos开关管、第三mos开关管导通，控制第四mos开关管、第五mos开关管、第六mos开关管关闭，使可编程模块化电源内部4路12v输出并联，可编程模块化电源对外输出12v满足系统供电要求；
84.当系统要求可编程模块化电源输出54v时，dps控制调整变压器pfm频率使每路输出线包均输出13.5v电压，同时控制第四mos开关管、第五mos开关管、第六mos开关管导通，控制第一隔离mos管、第二隔离mos管、第三隔离mos管、第四隔离mos管、第一mos开关管、第二mos开关管、第三mos开关管关闭。使可编程模块化电源内部4路输出串联，满足54v电压输出，为gpu服务器系统供电。
85.尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。