一种服务器PSU电源低电压保护装置及保护方法与流程
2021-03-03 08:47:17 来源:
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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