CN102955550B - 一种机架式服务器*** - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种机架式服务器***，包括一电源供应器和多个服务器，该服务器***还包括一软启动电路，耦接于电源供应器和多个服务器之间，该软启动电路具有：一输入端，耦接至来自电源供应器的一第一直流电压；一恒流源电路，耦接于输入端，提供一恒定电流；一偏置电路，耦接于恒流源电路，提供一缓慢上升且具有一预设上限值的偏置电压；一第一开关元件，具有一第一电极、一第二电极及一第一控制电极，第一电极耦接于输入端，第一控制电极耦接于偏置电路，藉由偏置电压驱动第一开关元件，以便使第一开关元件从截止状态向饱和导通状态过渡；以及一输出端，耦接于第一开关元件的第二电极，当第一开关元件饱和导通时输出一第二直流电压。

Description

一种机架式服务器***

技术领域

本发明是关于一种服务器***，尤其是关于一种具有软启动电路的机架式服务器***。

背景技术

现有的机架服务器(Rack Server)，一个机架上可能有数十台服务器，采用类似刀片服务器(Blade Server)的集中供电方式，由机架统一供给经过降压的直流电，如+12V直流电压，而这些服务器均无需单独地自带电源。

对于现有的机架服务器，一般采用开关电源供电，但是，对于开关电源(尤其是大功率开关电源)，都存在一个固有的缺点：在加电瞬间，开关电源会产生一个较大的浪涌电流，这个浪涌电流可能达到电源静态工作电流的10倍～100倍。由于开关电源易产生浪涌电流，比如，将所有的服务器同时开机，将会使得开关电源产生强烈浪涌电流，这对电源和机房供电将造成压力甚至损害。另一种常见的情形是在于，一部分服务器正在运行，而另外一部分服务器突然开机，这时产生的浪涌电流可能造成电源所提供的电压降低，严重时会引起使用同一输入电源的其它正常工作状态的服务器瞬间掉电。

有鉴于此，如何设计一种机架式服务器***，以便***中的一个或多个服务器正常开机时，消除所产生的浪涌电流，并保持开关电源的供电电压稳定，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种机架式服务器***，包括一电源供应器和多个服务器，电源供应器用于向多个服务器提供正常运行所需的工作电压，该服务器***还包括一软启动电路，耦接于电源供应器和多个服务器之间，该软启动电路具有：一输入端，耦接至来自电源供应器的一第一直流电压；一恒流源电路，耦接于输入端，提供一恒定电流；一偏置电路，耦接于恒流源电路，提供一缓慢上升且具有一预设上限值的偏置电压；一第一开关元件，具有一第一电极、一第二电极及一第一控制电极，第一电极耦接于输入端，第一控制电极耦接于偏置电路，藉由偏置电压驱动第一开关元件，以便使第一开关元件从截止状态向饱和导通状态过渡；以及一输出端，耦接于第一开关元件的第二电极，当第一开关元件饱和导通时输出一第二直流电压。

优选地，上述第一开关元件为P沟道场效应管。

优选地，上述恒流源电路包括：一第一二极管，其正极耦接于上述输入端；一第二二极管，其正极耦接于第一二极管的负极；一第二开关元件，具有一第三电极、一第四电极以及一第二控制电极，第三电极耦接于第二二极管的负极，第四电极透过一第一电阻耦接于一接地端；以及一第三开关元件，具有一第五电极、一第六电极以及一第三控制电极，第三控制电极耦接第二控制电极，第五电极透过一第二电阻耦接于上述输入端。

优选地，上述第二开关元件和上述第三开关元件为晶体三极管。

优选地，上述偏置电路包括：一第一电容，其一端耦接于上述第六电极，另一端耦接于上述接地端，藉由上述恒流源电路所提供的上述恒定电流进行充电，以提供上述偏置电压；以及一稳压二极管，其正极耦接于上述接地端，负极耦接于上述第六电极，当加载于上述第一电容两端的偏置电压达到上述预设上限值时，上述稳压二极管导通，以使上述第一电容停止充电。

优选地，上述偏置电路还包括：一第四开关元件，具有一第七电极、一第八电极及一第四控制电极，第四控制电极与上述第一电容的一端、上述稳压二极管的负极以及第六电极相耦接，第七电极透过一第三电阻耦接于上述接地端，第八电极与上述第一控制电极相耦接且透过一第四电阻耦接于上述输入端。

优选地，上述软启动电路还包括：一第二电容，其一端耦接于上述第二电极，另一端耦接于上述接地端。

优选地，上述软启动电路还包括：一继电器，具有一触点部分与一线圈部分，触点部分并联连接于与上述第一开关元件的第一电极与第二电极之间，线圈部分与上述稳压二极管的正极相耦接，当上述稳压二极管导通后，继电器闭合以使上述输入端透过继电器对上述输出端供电。

优选地，上述触点部分具有一第一静触点、一第二静触点、一第一动触点及一第二动触点，第一静触点与第二静触点分别耦接于第一开关元件的第一电极与第二电极，其中，第一动触点对应于第一静触点，以及第二动触点对应于第二静触点，当稳压二极管导通后，第一动触点与第一静触点相吸合，且第二动触点与第二静触点相吸合，从而使输入端透过继电器对输出端供电。

采用本发明的机架式服务器***，通过在电源供应器和多个服务器之间设置一软启动电路，来控制服务器端的电压缓慢上升的时间，从而可减小浪涌电流对电源供应器所输出的直流电压的影响，进而保证***运行的可靠性，降低维护成本。

附图说明

图1示出根据本发明的一个方面的机架式服务器***的结构框图；

图2示出图1中的机架式服务器***的软启动电路的一优选实施例的电路示意图；以及

图3示出图1中的机架式服务器***的软启动电路的另一优选实施例的电路示意图。

具体实施方式

以下将以附图及详细说明来清楚阐释本发明的实施方式，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与组件在附图中将以简单示意的方式绘示。

图1示出根据本发明的一个方面的机架式服务器***的结构框图。参照图1，该机架式服务器***包括电源供应器200、多个服务器(如服务器1、服务器2、服务器3和服务器4，但不以此为限)以及设置于该电源供应器200和多个服务器之间的软启动电路100。

如前所述，在现有的服务器***中，电源供应器200与多个服务器直接相连，以提供这些服务器正常运作时的工作电压。但是，当部分服务器正在运行，而另外一部分服务器突然开启时，会在***中产生较大的浪涌电流，由于电源供应器200与这些服务器之间并无隔离，则较大的浪涌电流会对电源供应器200输出的直流电压产生影响。例如，服务器正常运行时的电压为12V，但浪涌电流的影响可能导致当前输入到服务器的电压降低为10V或更低。有鉴于此，本发明设计了一种软启动电路，位于电源供应器和多个服务器之间，在实现电压缓慢上升的同时，还可减小或消除浪涌电流，提供服务器***的稳定性。

具体地，软启动电路100包括：一输入端110、一恒流源电路120、一偏置电路130、一第一开关元件140及一输出端150。其中，输入端110耦接至来自电源供应器200的一第一直流电压；恒流源电路120，耦接于输入端110，用以提供一恒定电流；偏置电路130，耦接于恒流源电路120，用以提供一缓慢上升且具有一预设上限值的偏置电压；第一开关元件140，耦接于输入端110及偏置电路130，藉由偏置电压驱动第一开关元件140，使其从截止状态向饱和导通状态过渡；输出端130，耦接于第一开关元件140，当第一开关元件140饱和导通时输出一第二直流电压。

图2示出图1中的机架式服务器***的软启动电路的一优选实施例的电路示意图。如图2所示，第一开关元件(Q4)140为P沟道场效应管，在本实施方式中，较佳地，为P沟道金属-氧化物-半导体场效应管，且为大功率低内阻的场效应管，具有一第一电极(源极)、一第二电极(漏极)及一第一控制电极(栅极)，需说明的是，在本实施方式中，第一电极可以为源极，第二电极可以为漏极，但是，在其它一些实施例中，第一电极可以为漏极，第二电极可以为源极，并不以此为限。第一电极耦接于输入端110，第二电极与输出端150相耦接，第一控制极耦接于偏置电路130。输入端110，耦接至来自电源供应器200的一第一直流电压V1。恒流源电路120，由第一二极管D1、第二二极管D2、第二开关元件Q1、第三开关元件Q2、电阻R1及电阻R2所构成，此恒流源电路120可以用来提供一恒定电流。其中，第一二极管D1，其正极耦接于输入端110，第二二极管D2，其正极耦接于第一二极管D1的负极，在本实施方式中，直流电压V1经过D1与D2后各降压0.7V。第二开关元件Q1，具有一第三电极(发射极)、一第四电极(集电极)以及一第二控制电极(基极)，第三电极耦接于第二二极管D2的负极，第四电极透过第一电阻R1耦接于一接地端；第三开关元件Q2，具有一第五电极(发射极)、一第六电极(集电极)以及一第三控制电极(基极)，第三控制电极耦接第二控制电极，第五电极透过一第二电阻R2耦接于输入端110。需说明的是，第二开关元件Q1与第三开关元件Q2，可以是晶体三极管，在本实施方式中，较佳地，为PNP型晶体三极管，但不以此为限。偏置电路130包括：一第一电容C1、一稳压二极管WD1、一第四开关元件Q3、一第三电阻R3及一第四电阻R4。第一电容C1，其一端耦接于第六电极，另一端耦接于接地端，第一电容C1，可以利用恒流源电路120所提供的恒定电流对其进行充电，进而在其两端形成一定电压，即利用第一电容C1提供前述之偏置电压，此偏执电压可用于驱动第一开关元件Q4；稳压二极管WD1，其正极耦接于接地端，负极耦接于第六电极，且当第一电容C1的两端的电压达到预设上限值时，则稳压二极管WD1导通，即反向击穿，此时由于第一电容C1被稳压二极管WD1短路，使得恒流源电路120停止对第一电容C1充电；第四开关元件Q3，具有一第七电极(发射极)、一第八电极(集电极)及一第四控制电极(基极)，第四控制电极与第一电容C1耦接于一第一节点并与第六电极耦接，第七电极透过第三电阻R3耦接于接地端，第八电极与第一控制电极耦接于一第二节点并透过第四电阻R4耦接于输入端110，在本实施方式中，第四开关元件Q3可以是晶体三极管，较佳地，为NPN型晶体三极管，但不以此为限。在此软启动电路中，还可以包含一第二电容C2，第二电容C2用于滤除杂波信号，使得输出端150输出直流电压。

由于恒流源电路120给第一电容C1充电而使第一电容C1两端间形成一定电压，其电压值并缓慢上升，当第一电容C1两端电压上升至一定值时，此时第四开关元件Q3导通，Q3导通，则使得第三电阻R3上形成一定电流，从而使得第四电阻R4上产生电流，进而第一控制电极与第八电极相连接的第二节点处的电位将降低，从而使得第一开关元件Q4的第一控制电极与第一电极形成负偏置，而根据第一开关元件的特性，当负偏置达到一定程度，即第一控制电极与第八电极相连接的第二节点处的电位降低到一定值时，将使第一开关元件Q4开始导通，当第一电容C1两端电压继续升高，升高到一定值时，稳压二极管WD1导通，由于第一电容C1被稳压二极管WD1短路，恒流源电路120则停止对第一电容C1充电，并且此时，第一开关元件Q4的第一控制电极与第一电极间的电压将使得第一开关元件Q4饱和导通，从而使得输出端150输出一第二直流电压V2。在本实施方式中，由于第一电容C1从刚开始充电到充电停止(第一开关元件Q4饱和导通)需要一定的时间，即，当输入端110输入第一直流电压V1时，输出端150将在一定时间后才输出第二直流电压V2，因此，此软启动电路具有一定的延时性，进而有效地避免了浪涌电流对服务器***的不利影响。

下面结合各元件的具体参数对本发明所提出的方案及其优越性进行说明，在本实施方式中，第一直流电压V1为12.5V，第一二极管D1、第二二极管D2的正向压降为0.7V，稳压二极管的稳定电压为5V，第一电容C1的电容值为22μF，第一电阻R1的阻值为30K，第二电阻R2的阻值为3K，第三电阻R3的阻值为20K，第四电阻R4的阻值为33K，第四开关元件Q3导通时第四控制电极(基极)与第七电极(发射极)的压降为0.7V，第一开关元件Q4为P沟道金属-氧化物-半导体场效应管，且为大功率低内阻的场效应管。由上可知，恒流源电路120给第一电容C1充电使第一电容C1两端电压Vc1逐渐升高，充电电流I＝1.4V/R2＝1.4V/(3K)，当充电一定时间后，第一电容C1两端电压Vc1为0.7V时，第四开关元件Q3开始导通，从而第三电阻R3上将形成电流，其大小为(Vc1-0.7)/R3，进而R4的压降为(Vc1-0.7)R4/R3，因此第二节点处的电位为(Vin-(Vc1-0.7)R4/R3)，因此，第一开关元件Q4的第一控制电极与第一电极间的电压为-(Vc1-0.7)R4/R3)，即当Vc1大于0.7V时，为一负压，使得第一控制电极与第一电极间形成负偏压。在本实施方式中，由于第一开关元件Q4为P沟道金属-氧化物-半导体场效应管，且为大功率低内阻的场效应管，根据其特性，当负偏压达到一定值时，将使第一开关元件Q4开始导通，当负偏压达到又一值时，第一开关元件Q4将进入饱和导通，在本实施方式中，当Vc1升高为2V时，第一开关元件Q4开始导通，且当Vc1升高为5V时，第一开关元件Q4饱和导通，而为使Vc1达到5V，则对第一电容C1进行充电所需的时间T＝(5V*C1)/I，其中，C1＝22μF，I＝1.4V/(3K)，由此可知T约为240毫秒，此时间远远大于浪涌电流一般所持续的时间。当第一开关元件Q4刚导通时，输出端的输出电压V2逐渐上升，即提供给服务器(如图1)的电压将逐渐上升，当第一开关元件Q4饱和导通时，输出端的输出电压V2较佳地为12V直流电压，此时，负载端通过第一开关元件Q4这个低内阻与电源供应器200(如图1)相连接，并且在此时，电源供应器200已被安全启动。

在本实施方式中，由于电源供应器200所提供的电压V1，经过此软启动电路进行一定时延(浪涌电流的持续时间小于此时延)后，电源供应器200再通过输出端150给服务器(负载)提供电压，藉此，可克服电源供应器200因产生浪涌电流而对其本身或服务器(负载)所产生的影响。

需说明的是，上述软启动电路中的各元件参数，仅为示例性的，但并不以此为限。

参照图3，图3示出图1中的机架式服务器***的软启动电路的另一优选实施例的电路示意图。图3所示与图2所示差别仅在于软启动电路还包括：一继电器(未标示)，而其它部分相同，因此不再赘述。此继电器用于保护第一开关元件Q4，详述之，电源供应器200(如图1)为了给服务器(如图1)提供所需电压而可能造成流经第一开关元件Q4的电流过大，这样可能会损坏第一开关元件Q4，因此，在本实施方式中，加入继电器，可避免上述情形，具体参照如下叙述。

如图3所示，继电器具有一线圈部分161与一触点部分162，其中触点部分162并联连接于第一开关元件Q4的第一电极与第二电极间，线圈部分161与稳压二极管WD1的正极相耦接，当稳压二极管WD1导通后，继电器闭合以使输入端110透过继电器对输出端150供电。

如图3所示，触点部分162具有一第一静触点、一第二静触点、一第一动触点及一第二动触点。第一静触点与第二静触点分别耦接于第一开关元件Q4的第一电极与第二电极，且，第一动触点对应于第一静触点，以及第二动触点对应于第二静触点，当稳压二极管WD1导通后，第一动触点与第一静触点相吸合以及第二动触点与第二静触点相吸合以使继电器闭合并使得输入端110透过继电器对输出端150供电，即对服务器提供所需电压。另，当稳压二极管WD1导通时，此时第一开关元件Q4处于饱和导通，其内阻已经非常小，从而使得输出端150的输出电压V2已相对较高，即已符合服务器所需电压，并且因为延时已克服了电源供应器200因产生浪涌电流而对其本身或服务器(负载)所产生的影响，而在此时继电器闭合，并使得之前流经第一开关元件Q4的电流全部改道流经继电器，从而使得输出端150直接输出相对较高直流电压V2。并且，此时，第一开关元件Q4不再消耗功率，从而使得整体电源效率没有因此而下降。

采用本发明的机架式服务器***，通过在电源供应器和多个服务器之间设置一软启动电路，来控制服务器端的电压缓慢上升的时间，从而可减小浪涌电流对电源供应器所输出的直流电压的影响，进而保证***运行的可靠性，降低维护成本。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种机架式服务器***，包括一电源供应器和多个服务器，所述电源供应器用于向所述多个服务器提供正常运行所需的工作电压，其特征在于，还包括一软启动电路，耦接于所述电源供应器和所述多个服务器之间，具有：

一输入端，耦接至来自所述电源供应器的一第一直流电压；

一恒流源电路，耦接于所述输入端，提供一恒定电流，所述恒流源电路包括：

一第一二极管，其正极耦接于所述输入端；

一第二二极管，其正极耦接于所述第一二极管的负极；

一第二开关元件，具有一第三电极、一第四电极以及一第二控制电极，所述第三电极耦接于所述第二二极管的负极，所述第四电极透过一第一电阻耦接于一接地端；以及

一第三开关元件，具有一第五电极、一第六电极以及一第三控制电极，所述第三控制电极耦接所述第二控制电极，所述第五电极透过一第二电阻耦接于所述输入端；

一偏置电路，耦接于所述恒流源电路，提供一缓慢上升且具有一预设上限值的偏置电压，所述偏置电路包括：

一第一电容，其一端耦接于所述第六电极，另一端耦接于所述接地端，藉由所述恒流源电路所提供的所述恒定电流进行充电，以提供所述偏置电压；以及

一稳压二极管，其正极耦接于所述接地端，负极耦接于所述第六电极，当加载于所述第一电容两端的偏置电压达到所述预设上限值时，所述稳压二极管导通，以使所述第一电容停止充电；

一第一开关元件，具有一第一电极、一第二电极及一第一控制电极，所述第一电极耦接于所述输入端，所述第一控制电极耦接于所述偏置电路，藉由所述偏置电压驱动所述第一开关元件，以便使所述第一开关元件从截止状态向饱和导通状态过渡；以及

一输出端，耦接于所述第一开关元件的所述第二电极，当所述第一开关元件饱和导通时输出一第二直流电压。

2.根据权利要求1所述的机架式服务器***，其特征在于，所述第一开关元件为P沟道场效应管。

3.根据权利要求1所述的机架式服务器***，其特征在于，所述第二开关元件和所述第三开关元件为晶体三极管。

4.根据权利要求1所述的机架式服务器***，其特征在于，所述偏置电路还包括：

一第四开关元件，具有一第七电极、一第八电极及一第四控制电极，所述第四控制电极与所述第一电容的一端、所述稳压二极管的负极以及所述第六电极相耦接，所述第七电极透过一第三电阻耦接于所述接地端，所述第八电极与所述第一控制电极相耦接且透过一第四电阻耦接于所述输入端。

5.根据权利要求4所述的机架式服务器***，其特征在于，所述软启动电路还包括：

一第二电容，其一端耦接于所述第二电极，另一端耦接于所述接地端。

6.根据权利要求5所述的机架式服务器***，其特征在于，所述软启动电路还包括：

一继电器，具有一触点部分与一线圈部分，所述触点部分并联连接于与所述第一开关元件的第一电极与第二电极之间，所述线圈部分与所述稳压二极管的正极相耦接，当所述稳压二极管导通后，所述继电器闭合以使所述输入端透过所述继电器对所述输出端供电。

7.根据权利要求6所述的机架式服务器***，其特征在于，所述触点部分具有一第一静触点、一第二静触点、一第一动触点及一第二动触点，所述第一静触点与所述第二静触点分别耦接于所述第一开关元件的所述第一电极与所述第二电极，其中，所述第一动触点对应于所述第一静触点，以及所述第二动触点对应于所述第二静触点，

当所述稳压二极管导通后，所述第一动触点与所述第一静触点相吸合，且所述第二动触点与所述第二静触点相吸合，从而使所述输入端透过所述继电器对所述输出端供电。