冗余计算机电源及其控制方法.pdf

本发明公开了一种冗余计算机电源及其控制方法，该电源采用电源单元的并联方式进行供电，所述电源单元包括依次连接的输入滤波电路、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路、均流控制电路，还包括：上电时序控制电路，连接所述DC/DC转换电路，用于当所述电源单元加电时产生第一信号使能所述DC/DC转换电路，使得所述电源单元无输出，并产生第二信号，使得所述电源单元多路同时输出；故障隔离控制电路，用于在所述电源单元的输出端通过双P沟道MOSFET共漏极串联的方式实现低导通阻抗的故障隔离回路。本发明实现了冗余计算机电源输出时同时上电，并提供具有低导通阻抗的故障隔离回路。

权利要求书
1.   一种冗余计算机电源，采用电源单元的并联方式进行供电，所述电源单元包括依次连接的输入滤波电路、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路、均流控制电路，其特征在于，还包括：
上电时序控制电路，连接所述DC/DC转换电路，用于当所述电源单元加电时产生第一信号使能所述DC/DC转换电路，使得所述电源单元无输出，并产生第二信号，使得所述电源单元多路同时输出；
故障隔离控制电路，用于在所述电源单元的输出端通过双P沟道MOSFET共漏极串联的方式实现低导通阻抗的故障隔离回路。

2.   根据权利要求1所述的冗余计算机电源，其特征在于，所述上电时序控制电路通过控制MOSFET的导通，使得所述电源单元多路同时输出。

3.   根据权利要求2所述的冗余计算机电源，其特征在于，所述上电时序控制电路使能所述DC/DC转换电路时，所述DC/DC转换电路产生12V、5V、3.3V，所述电源单元没有输出12V、5V、3.3V，在产生所述第二信号，使MOSFET导通，所述电源单元输出12V、5V、3.3V。

4.   根据权利要求1、2或3所述的冗余计算机电源，其特征在于，所述故障隔离控制电路包括第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET，所述第一P沟道MOSFET的漏极与所述第二P沟道MOSFET的漏极串联，并由所述电源单元的驱动电路进行导通控制。

5.   根据权利要求4所述的冗余计算机电源，其特征在于，所述电源单元正常工作时，所述第一P沟道MOSFET、所述第二P沟道MOSFET在所述电源单元的驱动电路的控制下同时导通，为所述电源单元的输出提供低阻抗回路；所述电源单元发生故障无输出时，所述第一P沟道MOSFET、所述第二P沟道MOSFET不导通。

6.   根据权利要求1、2、3或5所述的冗余计算机电源，其特征在于，所述上电时序控制电路包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、三极管、第一N沟道MOSFET、第二N沟道MOSFET、第一P沟道MOSFET、光电耦合单元、延时单元以及第一至第八电阻；
所述故障隔离控制电路包括：第三二极管、三极管、第二N沟道MOSFET、第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET以及第五至第八电阻；
第一电容与第一电阻连接构成RC充放电电路，进而触发延时单元，延时单元的输出连接第一N沟道MOSFET的栅极，控制第一N沟道MOSFET的通断；第一信号通过第二电阻的上拉，控制光电耦合单元经第一二极管连接DC/DC转换电路的PC引脚，控制DC/DC转换电路的工作状态；
第二信号通过第三电阻、第四电阻和第二二极管串联连接三极管的基极，控制其导通，三极管的集电极与第五电阻连接，进而通过第五电阻和第六电阻连接第二N沟道MOSFET的栅极控制其导通，第三二极管、第七电阻和第八电阻串联连接第二N沟道MOSFET的源极，进而通过第七电阻和第八电阻连接第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET的栅极控制其导通。

7.   根据权利要求6所述的冗余计算机电源，其特征在于，当第一信号悬空时，光电耦合单元将DC/DC转换电路的PC引脚拉低至0V，使得DC/DC转换电路不进行转换，不产生12V；当第一信号接地时，光电耦合单元将DC/DC转换电路的PC引脚悬空，DC/DC转换电路将整流后的直流电压隔离转换为12V，延时单元通过第一电容、第一电阻进行延时，在未达到设定时间前，第二信号为高，第三电阻、第四电阻将三极管截止，第五电阻、第六电阻将第二N沟道MOSFET截止，致使第三二极管和第七电阻将第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET截止，电源单元没有12V输出；在达到设定时间时，第二信号为低，第二二极管、第三电阻、第四电阻将三极管导通，进而第五电阻和第六电阻将第二N沟道MOSFET导通，使得第三二极管、第七电阻和第八电阻将第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET导通，所述电源单元输出12V，通过第二信号对5V、3.3V进行同步控制，实现12V、5V、3.3V同时上电。

8.   根据权利要求6所述的冗余计算机电源，其特征在于，所述电源单元正常工作时，第二信号为低，第二二极管、第三电阻和第四电阻维持三极管导通，三极管、第五电阻和第六电阻维持第二N沟道MOSFET导通，第二N沟道MOSFET、第三二极管、第七电阻和第八电阻维持第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET导通；所述电源单元发生故障时，没有12V输出，第二二极管、第三电阻和第四电阻不能使三极管导通，进而第五电阻和第六电阻不能导通第二N沟道MOSFET，第七电阻和第八电阻不能导通第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET。

9.   一种冗余计算机电源的上电时序控制方法，所述冗余计算机电源采用电源单元的并联方式进行供电，包括依次连接的输入滤波电路、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路、均流控制电路，其特征在于，所述方法，包括：
所述上电时序控制电路当所述电源单元加电时产生第一信号使能所述DC/DC转换电路，使得所述电源单元没有输出，并产生第二信号，使得所述电源单元多路同时输出。

10.   根据权利要求9所述的上电时序控制方法，其特征在于，所述方法，包括：
所述上电时序控制电路通过控制MOSFET的导通，使得所述电源单元多路同时输出。

11.   一种冗余计算机电源的故障隔离控制方法，所述冗余计算机电源采用电源单元的并联方式进行供电，包括依次连接的输入滤波电路、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路、均流控制电路，其特征在于，所述方法，包括：
故障隔离控制电路通过双P沟道MOSFET共漏极串联的方式实现低导通阻抗的故障隔离回路。

12.   根据权利要求11所述的故障隔离控制方法，其特征在于，所述方法，包括：
所述故障隔离控制电路包括第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET，将所述第一P沟道MOSFET的漏极与所述第二P沟道MOSFET的漏极进行串联；
所述电源单元正常工作时，所述电源单元的驱动电路控制所述第一P沟道MOSFET、所述第二P沟道MOSFET同时导通，为所述电源单元的输出提供低阻抗回路；所述电源单元发生故障无输出时，所述第一P沟道MOSFET、所述第二P沟道MOSFET不导通。

说明书冗余计算机电源及其控制方法
技术领域
本发明涉及计算机电源技术领域，具体涉及一种具有优化上电时序和故障隔离控制的冗余计算机电源及其相应的控制方法。
背景技术
在计算机技术领域，计算速度的提高和功能的扩展使得计算机系统功耗增大，同时为了提高计算机系统的应用可靠性，越来越多的计算机系统采用冗余计算机电源供电，例如多单元服务器和磁盘阵列。
冗余计算机电源即采用N+1模式，由N+1个电源单元通过并联方式为计算机供电。因冗余计算机电源为多路输出，各路之间需要保持正确的上电时序以保证计算机的正常启动；同时为了避免电源单元发生故障时，对其他电源单元产生影响，因此在每个电源单元中需要进行故障隔离设计。
因计算机主板上各集成电路的供电电压不同，为使多种信号正确匹配，对各种供电电压上电时序有严格要求：3.3V不能先于5V，5V不能先于12V，同时上升为最好的选择。常用的控制上电时序的做法有两种：一种是同时使能各路转换电路；另一种依次使能各路转换电路，如图1所示。同时使能的方式，因各部分转换电路的差异，12V、5V和3.3V的前后顺序不能控制；而依次使能的方式则可能因其间隔时间过长而导致启动失败。
冗余计算机电源中，必须有故障隔离措施，故障隔离的传统做法是在各路输出端采用二极管，利用二极管的单向导通特性实现故障的隔离，如图2所示，即在某一电源单元发生故障没有输出时，二极管会将故障隔离到该电源单元，不影响其他电源单元继续为计算机供电。但随着计算机功耗的增大，各路的电流值随之增加，峰值电路会达到几十安培，甚至上百安培，二极管固有的PN结压降会在二极管上产生过多热量，引发故障。
因此，有必要针对冗余计算机电源的特点，提出一种有效的上电时序控制电路和故障隔离控制电路，实现电源输出同时上电，且提供具有低导通阻抗的故障隔离回路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冗余计算机电源及其控制方法，用于实现冗余计算机电源输出时同时上电，并提供具有低导通阻抗的故障隔离回路。
为了实现上述目的，本发明提供一种冗余计算机电源，采用电源单元的并联方式进行供电，所述电源单元包括依次连接的输入滤波电路、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路、均流控制电路，其特征在于，还包括：
上电时序控制电路，连接所述DC/DC转换电路，用于当所述电源单元加电时产生第一信号使能所述DC/DC转换电路，使得所述电源单元无输出，并产生第二信号，使得所述电源单元多路同时输出；
故障隔离控制电路，用于在所述电源单元的输出端通过双P沟道MOSFET共漏极串联的方式实现低导通阻抗的故障隔离回路。
所述的冗余计算机电源，其中，所述上电时序控制电路通过控制MOSFET的导通，使得所述电源单元多路同时输出。
所述的冗余计算机电源，其中，所述上电时序控制电路使能所述DC/DC转换电路时，所述DC/DC转换电路产生12V、5V、3.3V，所述电源单元没有输出12V、5V、3.3V，在产生所述第二信号，使MOSFET导通，所述电源单元输出12V、5V、3.3V。
所述的冗余计算机电源，其中，所述故障隔离控制电路包括第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET，所述第一P沟道MOSFET的漏极与所述第二P沟道MOSFET的漏极串联，并由所述电源单元的驱动电路进行导通控制。
所述的冗余计算机电源，其中，所述电源单元正常工作时，所述第一P沟道MOSFET、所述第二P沟道MOSFET在所述电源单元的驱动电路的控制下同时导通，为所述电源单元的输出提供低阻抗回路；所述电源单元发生故障无输出时，所述第一P沟道MOSFET、所述第二P沟道MOSFET不导通。
所述的冗余计算机电源，其中，所述上电时序控制电路包括第一电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、三极管、第一N沟道MOSFET、第二N沟道MOSFET、第一P沟道MOSFET、光电耦合单元、延时单元以及第一至第八电阻；
所述故障隔离控制电路包括：第三二极管、三极管、第二N沟道MOSFET、第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET以及第五至第八电阻；
第一电容与第一电阻连接构成RC充放电电路，进而触发延时单元，延时单元的输出连接第一N沟道MOSFET的栅极，控制第一N沟道MOSFET的通断；第一信号通过第二电阻的上拉，控制光电耦合单元经第一二极管连接DC/DC转换电路的PC引脚，控制DC/DC转换电路的工作状态；
第二信号通过第三电阻、第四电阻和第二二极管串联连接三极管的基极，控制其导通，三极管的集电极与第五电阻连接，进而通过第五电阻和第六电阻连接第二N沟道MOSFET的栅极控制其导通，第三二极管、第七电阻和第八电阻串联连接第二N沟道MOSFET的源极，进而通过第七电阻和第八电阻连接第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET的栅极控制其导通。
所述的冗余计算机电源，其中，当第一信号悬空时，光电耦合单元将DC/DC转换电路的PC引脚拉低至0V，使得DC/DC转换电路不进行转换，不产生12V；当第一信号接地时，光电耦合单元将DC/DC转换电路的PC引脚悬空，DC/DC转换电路将整流后的直流电压隔离转换为12V，延时单元通过第一电容、第一电阻进行延时，在未达到设定时间前，第二信号为高，第三电阻、第四电阻将三极管截止，第五电阻、第六电阻将第二N沟道MOSFET截止，致使第三二极管和第七电阻将第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET截止，电源单元没有12V输出；在达到设定时间时，第二信号为低，第二二极管、第三电阻、第四电阻将三极管导通，进而第五电阻和第六电阻将第二N沟道MOSFET导通，使得第三二极管、第七电阻和第八电阻将第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET导通，所述电源单元输出12V，通过第二信号对5V、3.3V进行同步控制，实现12V、5V、3.3V同时上电。
所述的冗余计算机电源，其中，所述电源单元正常工作时，第二信号为低，第二二极管、第三电阻和第四电阻维持三极管导通，三极管、第五电阻和第六电阻维持第二N沟道MOSFET导通，第二N沟道MOSFET、第三二极管、第七电阻和第八电阻维持第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET导通；所述电源单元发生故障时，没有12V输出，第二二极管、第三电阻和第四电阻不能使三极管导通，进而第五电阻和第六电阻不能导通第二N沟道MOSFET，第七电阻和第八电阻不能导通第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET。
为了实现上述目的，本发明提供一种冗余计算机电源的上电时序控制方法，所述冗余计算机电源采用电源单元的并联方式进行供电，包括依次连接的输入滤波电路、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路、均流控制电路，其特征在于，所述方法，包括：
所述上电时序控制电路当所述电源单元加电时产生第一信号使能所述DC/DC转换电路，使得所述电源单元没有输出，并产生第二信号，使得所述电源单元多路同时输出。
所述的上电时序控制方法，其中，所述方法，包括：
所述上电时序控制电路通过控制MOSFET的导通，使得所述电源单元多路同时输出。
为了实现上述目的，本发明提供一种冗余计算机电源的故障隔离控制方法，所述冗余计算机电源采用电源单元的并联方式进行供电，包括依次连接的输入滤波电路、整流电路、DC/DC转换电路、输出滤波电路、均流控制电路，其特征在于，所述方法，包括：
故障隔离控制电路通过双P沟道MOSFET共漏极串联的方式实现低导通阻抗的故障隔离回路。
所述的故障隔离控制方法，其中，所述方法，包括：
所述故障隔离控制电路包括第一P沟道MOSFET、第二P沟道MOSFET，将所述第一P沟道MOSFET的漏极与所述第二P沟道MOSFET的漏极进行串联；
所述电源单元正常工作时，所述电源单元的驱动电路控制所述第一P沟道MOSFET、所述第二P沟道MOSFET同时导通，为所述电源单元的输出提供低阻抗回路；所述电源单元发生故障无输出时，所述第一P沟道MOSFET、所述第二P沟道MOSFET不导通。
本发明的有益技术效果在于：
在冗余计算机电源的设计上，与常用的上电时序控制不同，本发明采用转换使能和输出切换相结合的控制方式，实现了电源多路输出的同时上电，更加符合计算机主板启动需求，提高了系统的可靠性；并改变传统的二极管故障隔离模式，基于MOSFET的低导通阻抗特性，采用双P沟道MOSFET共漏极串联的方式，实现了低导通阻抗的故障隔离回路，使得计算机在采用冗余电源供给提高应用可靠性的同时，保证了计算机系统的安全性。
附图说明
图1为常用上电时序控制示意图；
图2为传统输出故障隔离示意图；
图3为本发明的冗余计算机电源组成框图；
图4为本发明的同时上电时序控制电路示意图；
图5为本发明的低导通阻抗故障隔离电路示意图；
图6为本发明的上电时序和故障隔离控制电路图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图3所示，为本发明的冗余计算机电源组成框图。该冗余计算机电源300是一种具有上电时序和故障隔离控制的冗余计算机电源，采用电源单元的并联方式为计算机进行供电，电源单元主要包括输入滤波电路31、整流电路32、DC/DC转换电路33、输出滤波电路34、均流控制电路35、上电时序控制电路36以及故障隔离控制电路37。
上电时序控制电路36，采用转换使能和输出切换相结合的控制方式，实现了电源单元多路输出的同时上电，更加符合计算机主板启动需求，提高了系统的可靠性；
故障隔离控制电路37，用于在电源单元的输出端，基于MOSFET的低导通阻抗特性，采用双P沟道MOSFET共漏极串联的方式，实现了低导通阻抗的故障隔离回路，使得计算机在采用冗余计算机电源300供给提高应用可靠性的同时，保证了系统的安全性。
输出滤波电路34，是输出环路中串进的一个环节，与上电时序控制电路36、故障隔离控制电路37无作用关系，上电时序控制电路36、故障隔离控制电路37相互独立，只是为简化设计，两部分共用一些元器件。
均流控制电路35，是使并联的各个电源单元输出相同的电流，均衡地为负载供电。
如图4所示，为本发明的同时上电时序控制电路示意图。
为实现冗余计算机电源300的多路输出同时上电的时序，本发明采用转换使能和输出切换相结合的控制方式，如图4所示。
在冗余计算机电源300加电时，上电时序控制电路36先产生EN信号，使能DC/DC转换电路33，产生12V0、5V0和3.3V0(这些电压是DC/DC转换电路33产生的电压12V、5V和3.3V，将这些电压用电压加0来表示，是为了与冗余计算机电源3300的输出进行区别)，由于MOSFET的存在，冗余计算机电源300的输出端此时没有12V、5V和3.3V；上电时序控制电路36然后再产生EN1信号，使P沟道MOSFET导通，冗余计算机电源300此时输出12V、5V和3.3V。通过控制P沟道MOSFET的导通，可实现电源多路同时输出。
上电时序控制电路36所采用的MOSFET是美国IR公司的IRF9310PbF。
如图5所示，为本发明的低导通阻抗故障隔离电路示意图。
为实现具有低导通阻抗的故障隔离回路，本发明基于MOSFET的低导通阻抗特性，采用双P沟道MOSFET共漏极串联的方式，如图5所示。
在两个电源单元都正常工作时，电源单元的驱动电路使P沟道MOSFETP1和P2同时导通，因P沟道MOSFET P1和P2的导通电阻仅为几毫欧姆，能为电源单元输出提供低阻抗回路；当某一电源单元发生故障，没有输出时，该电源单元内的驱动电路便不能使P沟道MOSFET P1和P2导通，阻断了故障与外部母线的连接，起到了故障隔离的作用。
上电时序控制电路36和故障隔离控制电路37组合到一起时，还可以共用图4中的MOSFET和图5中的P沟道MOSFET P1等元件，从而简化电路设计。
如图6所示，为本发明的上电时序和故障隔离控制电路图。
在图6中，上电时序控制电路36包括电容C1、二极管D1‑D3、Q1‑Q4、电阻R1‑R8、延时芯片U1、光电耦合器U2。
电容C1与电阻R1连接构成RC充放电电路，进而触发延时芯片U1，延时芯片U1的输出连接N沟道MOSFET Q2的栅极，控制N沟道MOSFET Q2的通断；EN信号通过电阻R2的上拉，控制光电耦合器U2，经二极管D1连接DC/DC转换电路G1的PC引脚，控制DC/DC转换电路G1的工作状态；EN1信号通过电阻R3、电阻R4和二极管D2串联连接三极管Q1的基极，控制其导通，三极管Q1的集电极与电阻R5连接，进而通过电阻R5和R6连接N沟道MOSFET Q3的栅极控制其导通，二极管D3、电阻R7和R8串联连接N沟道MOSFET Q3的源极，进而通过电阻R7和R8连接P沟道MOSFET Q4的栅极控制其导通。
故障隔离控制电路37包括二极管D3，电阻R5‑R8、三极管Q1、MOSFETQ3‑Q5。
三极管Q1的集电极与电阻R5连接，进而通过电阻R5和R6连接N沟道MOSFET Q3的栅极控制其导通，二极管D3、电阻R7和电阻R8串联连接N沟道MOSFET Q3的源极，进而通过电阻R7和R8连接P沟道MOSFET Q4和Q5的栅极控制其导通。
其中，延时芯片U1为555延时芯片，三极管Q1为PNP型三极管，Q2、Q3为N沟道MOSFET，Q4、Q5均为P沟道MOSFET。
进一步地，上电时序控制电路36、故障隔离控制电路37的具体工作过程如下：
冗余计算机电源300加电后会产生整流后的310V直流电压和电源的待机5VSB，此时EN信号悬空，在电阻R2的上拉作用下，光电耦合器U2通过二极管D1将DC/DC转换电路G1的PC引脚拉低至0V，G1不进行转换，不产生12V0；
启动电源，将EN信号拉低至GND，光电耦合器U2将DC/DC转换电路G1的PC引脚悬空，DC/DC转换电路G1通过转换将310V隔离转换为12V0。555延时芯片U1通过电容C1和电阻R1进行延时，在没达到设定的时间之前，延时芯片U1的引脚3输出为低，N沟道MOSFET Q2的漏极、源极不导通，EN1为高，电阻R3和R4将三极管Q1截止，进而电阻R5和R6将N沟道MOSFET Q3的漏极、源极截止，致使二极管D3和电阻R7将P沟道MOSFETQ4和Q5的漏极、源极截止，电源没有12V输出；达到555延时芯片U1设定的时间时，延时芯片U1的引脚3输出为高，N沟道MOSFET Q2的漏极、源极导通，EN1为低，二极管D2、电阻R3和R4将三极管Q1导通，进而电阻R5和R6将N沟道MOSFET Q3的漏极、源极导通，使得二极管D3、电阻R7和R8将P沟道MOSFET Q4和Q5的漏极、源极导通，电源输出12V；EN1对5V和3.3V进行同步控制，便实现12V、5V和3.3V同时上电；
电源正常工作时，EN1为低，二极管D2、电阻R3和R4维持三极管Q1导通，三极管Q1、电阻R5和R6维持N沟道MOSFET Q3的漏极、源极导通，N沟道MOSFET Q3、二极管D3、电阻R7和R8维持P沟道MOSFET Q4和Q5的漏极、源极导通，因P沟道MOSFET Q4和Q5的导通电阻仅为几毫欧姆，可以为电源输出提供低阻抗回路；当电源发生故障时，没有12V0输出，二极管D2、电阻R3和R4不能使三极管Q1导通，进而电阻R5和R6无法导通N沟道MOSFET Q3的漏极、源极，因二极管D3的方向作用，电阻R7和R8也不能够使P沟道MOSFET Q4和Q5的漏极、源极导通，从而保证了外部母线12V不会因为该电源故障灌入电流，实现故障隔离，确保系统安全。
本发明提供了一种具有优化上电时序和故障隔离控制的冗余计算机电源，该电源通过上电时序控制电路克服了传统方式造成的各路输出电压顺序失控或者间隔过长问题，实现了多路同时输出功能，通过故障隔离电路改变传统的二极管模式，提供一种低导通电阻抗的故障隔离回路。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。