一种用于多支路电路的电流监测装置和服务器的制作方法

1.本发明涉及电路设计领域，尤其涉及一种用于多支路电路的电流监测装置和服务器。


背景技术：

2.在服务器系统中，系统的总电流是非常重要的一个参数，在服务器系统间功率平衡、系统过流保护等应用中都会使用到。监测系统电流成为硬件设计中的一个重要部分。服务器中需要用到多个hsc电路来实现保护、监测、开关等功能。hsc电路模型如图1a所示，其工作原理为，rsen为采样电阻，q1为金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，简称mosfet)，hsc控制q1的开关，实现vin到vout的开关控制。而rsen在mosfet开通时，会产生一个电压降，hsc通过监测rsen上面的压降，来实现通过mosfet的电流的采样，通过其visen管脚输出一个和采样电流成比例关系的电压v。
3.目前传统总电流的监测方式是在系统最前端先放置一个大电流的hsc(hot swap controller，热插拔控制)电路，实现电流监测，再经过后面的n路hsc，来实现不同电源的开关、保护、监测等。如图1b所示，其中hsc
总
实现系统电流的监测功能，hsc1至hscn实现电源输出1至电源输出n的开关、保护、监测等功能。传统的总电流监测方式存在如下缺陷：第一，需要单独使用一大电流hsc
总
来做系统电流监测，hsc
总
要能够通过不小于hsc1至hscn电流总和的电流，其成本较高；第二，用来做系统电流监测的hsc
总
需要占用一定的板卡面积，不利于板卡上零件的布局；第三，在经过hsc
总
的时候，电流需要经过功率器件，其通流路径受到功率器件的限制会变窄，增加了功率器件输入输出位置板卡的电流密，会导致电损耗增加影响用电成本，以及温度升高影响板卡使用寿命。


技术实现要素：

4.有鉴于此，有必要针对以上技术问题提供一种用于多支路电路的电流监测装置和服务器。
5.本发明提供了一种用于多支路电路的电流监测装置，所述电流监测装置：
6.与每一支路对应的支路监测单元，所述支路监测单元耦接在支路中，所述支路监测单元构造用于采集所在支路的压降并转换成采样电压输出；
7.采集单元，所述采集单元构造用于将多个所述支路监测单元的采样电压输出进行叠加生成叠加电压后输出；
8.第一转换单元，所述第一转换单元构造用于对所述采集单元输出的所述叠加电压进行电流转换以生成多支路电路的干路电流。
9.在一些实施例中，所述支路监测单元包括：采样电阻、热插拔控制芯片、mosfet管；
10.所述采样电阻与所述mosfet串联后接入支路，热插拔控制芯片的两个输入引脚分别与所述采样电阻的两端连接，所述热插拔控制芯片的驱动引脚与mosfet管的栅极连接以使支路导通或断开；以及
11.所述热插拔控制芯片配置为响应于支路导通时基于所述热插拔控制芯片的两个输入引脚生成采样电压并输出。
12.在一些实施例中，所述采集单元包括：放大器、第一电阻、第二电阻和第三电阻；
13.所述放大器具有正输入端、负输入端和输出端，每个所述支路监测单元的采样电压输出均连接至所述正输入端；
14.所述第一电阻的一端接地，所述第一电阻的另一端与所述正输入端连接，所述第二电阻的一端接地，所述第二电阻的另一端与所述负输入端连接，所述第三电阻的一端与所述负输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述输出端连接。
15.在一些实施例中，所述采集单元还包括与每个支路监测单元对应的隔离电阻；
16.每个隔离电阻的一端与对应支路的监测单元的采样电压输出连接，每个隔离电阻的另一端与所述正输入端连接。
17.在一些实施例中，各个热插拔控制芯片的预设电压电流关系参数均相同。
18.在一些实施例中，所述装置还包括与每个支路监测单元对应的第二转换单元，所述第二转换单元构造用于对每个支路监测单元的采样电压输出进行电流转换以生成多支路电路的支路电流。
19.在一些实施例中，所述第一转换单元和所述第二转换单元均基于下述公式进行电流转换；
20.isen＝vo/gain；
21.其中，isen表示支路电流或干路电流，vo表示放大器的输或热插拔控制芯片的采样电压输出，gain表示插拔控制器的电压电流关系参数。
22.在一些实施例中，第一电阻及所有隔离电阻并联阻值等于第二电阻和第三电阻并联阻值。
23.在一些实施例中，所述第一电阻和所述隔离电阻的阻值均介于100欧姆至500欧姆之间。
24.根据本发明的第二方面，还提供了一种服务器，所述服务器包括多支路电路，所述服务器采用以上任意一项所述的装置监测多支路电路的干路电流和支路电流。
25.上述一种用于多支路电路的电流监测装置和服务器具备以下有益技术效果：一方面，不再需要专门用来监测总电流的hsc，极大降低了成本，节约了板卡上零件占用的面积；另一方面，电流不需要先经过专门监测系统电流的功率器件，其通流路径不再受限，降低了此处电流密度、阻抗较高带来的电损耗，避免了因电流密度过大导致的温升过高问题，提升了板卡使用寿命。
附图说明
26.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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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实施例。
27.图1a为hsc电路工作原理示意图；
28.图1b传统总电流的监测方式示意图；
29.图2为本发明一个实施例提供的一种用于多支路电路的电流监测装置的结构示意图；
30.图3为本发明一个实施例提供的采集单元20的结构示意图；
31.图4a传统总电流监测方式形成的电流路径示意图；
32.图4b为采用本发明一种用于多支路电路的电流监测装置形成的电流路径示意图。
33.【附图标记说明】
34.10：支路监测单元；20：采集单元；30：第一转换单元；40：第二转换单元；
35.amp：放大器；ri：第一电阻；r2：第二电阻；r3：第三电阻；ri1至rin：隔离电阻；v ：正输入端；v-：负输入端；。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.在一些实施例中，请参照图2所示，本发明提供了一种用于多支路电路的电流监测装置，具体包括以下结构：
40.与每一支路对应的支路监测单元10，所述支路监测单元10耦接在支路中，所述支路监测单元10构造用于采集所在支路的压降并转换成采样电压输出；
41.采集单元20，所述采集单元20构造用于将多个所述支路监测单元10的采样电压输出进行叠加生成叠加电压后输出；
42.第一转换单元30，所述第一转换单元30构造用于对所述采集单元20输出的所述叠加电压进行电流转换以生成多支路电路的干路电流。
43.上述一种用于多支路电路的电流监测装置至少具备以下有益技术效果：一方面，不再需要专门用来监测总电流的hsc，极大降低了成本，节约了板卡上零件占用的面积；另一方面，电流不需要先经过专门监测系统电流的功率器件，其通流路径不再受限，降低了此处电流密度、阻抗较高带来的电损耗，避免了因电流密度过大导致的温升过高问题，提升了板卡使用寿命。
44.在一些实施例中，请结合图1a所示，所述支路监测单元10包括：采样电阻、热插拔
控制芯片、mosfet管；
45.所述采样电阻与所述mosfet串联后接入支路，热插拔控制芯片的两个输入引脚分别与所述采样电阻的两端连接，所述热插拔控制芯片的驱动引脚与mosfet管的栅极连接以使支路导通或断开；以及
46.所述热插拔控制芯片配置为响应于支路导通时基于所述热插拔控制芯片的两个输入引脚生成采样电压并输出。
47.在一些实施例中，请结合图3所示，所述采集单元20包括：放大器amp、第一电阻ri、第二电阻r2和第三电阻r3；
48.所述放大器amp具有正输入端v 、负输入端v-和输出端，每个所述支路监测单元10的采样电压输出均连接至所述正输入端v ；
49.所述第一电阻ri的一端接地，所述第一电阻ri的另一端与所述正输入端v 连接，所述第二电阻r2的一端接地，所述第第二电阻r2的另一端与所述负输入端v-连接，所述第三电阻r3的一端与所述正输入端v-连接，所述第三电阻r3的另一端与所述输出端连接。
50.在一些实施例中，请再次结合图3，所示的所述采集单元20还包括与每个支路监测单元10对应的隔离电阻；
51.每个隔离电阻的一端与对应支路的监测单元的采样电压输出连接，每个隔离电阻的另一端与所述正输入端v 连接。
52.在一些实施例中，各个热插拔控制芯片的预设电压电流关系参数均相同。
53.在一些实施例中，所述装置还包括与每个支路监测单元10对应的第二转换单元40，所述第二转换单元40构造用于对每个支路监测单元10的采样电压输出进行电流转换以生成多支路电路的支路电流。
54.在一些实施例中，所述第一转换单元30和所述第二转换单元40均基于下述公式进行电流转换；
55.isen＝vo/gain；
56.其中，isen表示支路电流或干路电流，vo表示放大器amp的输或热插拔控制芯片的采样电压输出，gain表示插拔控制器的电压电流关系参数。
57.在一些实施例中，第一电阻ri及所有隔离电阻并联阻值等于第二电阻r3和第三电阻r3并联阻值。
58.在一些实施例中，所述第一电阻ri和所述隔离电阻的阻值均介于100欧姆至500欧姆之间。
59.在一些实施例中，为了便于理解本发明的技术方案下面以服务器的供电电路为例进行举例说明，请结合图2，不妨假设服务器的供电电路具有一个总的电源输入，n个(n为大于等于2的整数)电源输出记作电源输出1至电源输出n，对该服务器供电电路的电流监测方案如下：
60.电源输入后并不需要hsc
总
来做系统电流的监测功能，电流直接流向各分路hsc(即hsc1至hscn)，分路hsc分别使用自己的电流监测管脚visen输出监测值v(即v1至vn)。采集单元的使用放大器amp工作原理，使用叠加原理可以计算得出vo。
61.为提高电路的共模抑制比和减小零漂，要求电阻平衡：ri1//ri2//ri3//
…
//rin//ri＝r1//rf且为方便计算，令ri1＝ri2＝ri3＝
…
＝rin＝ri则：
62.v ＝v1/(n 1) v2/(n 1) v3/(n 1)
…
vn/(n 1)＝(v1 v2 v3
…
vn)/(n 1)
63.对于理想放大器amp，v ＝v-vo＝v *(r1 rf)/r1，令rf＝n*r1可得出：
64.vo＝v *(r1 rf)/r1
65.＝(v1 v1 v3
…
vn)/(n 1)*(r1 rf)/r1
66.＝(v1 v1 v3
…
vn)/(n 1)*(r1 n*r1)/r1
67.＝v1 v1 v3
…
vn
68.由此可见要监测放大器amp的输出vo，即可得到所监测的电源输入电流为：isen＝vo/gain。同时，请结合图4a和图4b所示，因不再输入电源干路上使用hsc检测干路电流，扩展了此处的电流通路，使得电流路径不再受限，降低了压降，用电损耗。
69.上述应用于服务器的供电电路的电流监测装置具备以下有益效果：(1)不再需要专门用来监测系统电流的hsc
总
，取而用成本很低的amp与电阻组成的监测电路，极大降低了成本；(2)不再需要专门用来监测系统干路电流的hsc，节约了板卡上零件占用的面积；(3)电流不需要先经过专门监测系统电流的功率器件，其通流路径不再受限，降低了此处电流密度过大，阻抗较高带来的电损耗；(4)电流不需要先经过专门监测系统电流的功率器件，其通流路径不再受限，降低了此处电流密度过大导致的温升过高问题，提升了板卡使用寿命。
70.在又一实施例中，本发明还提供了一种服务器，所述服务器包括多支路电路，所述服务器采用以上任意实施例的装置监测多支路电路的干路电流和支路电流。
71.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
72.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。