CN107908269A - 一种多pol并联组合供电***及供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多POL并联组合供电***及供电方法,用以解决单个方案占板面积大、修改调节不灵活等问题。该供电***包括:一颗MASTER芯片和若干颗SLAVE芯片,所述MASTER芯片和SLAVE芯片均为POL芯片,MASTER芯片和SLAVE芯片的VIN引脚并联在电压输入端,MASTER芯片和SLAVE芯片的VOUT引脚并联在电压输出端;MASTER芯片的SYN引脚与SLAVE芯片的SYN引脚并联,MASTER芯片通过SYN引脚发送同步时钟信号使每颗POL芯片交替打开,将大负载电流分配到多颗POL芯片上;MASTER芯片和SLAVE芯片的CONF引脚通过外接电阻选择配置参数。
Description
技术领域
本发明涉及服务器供电技术领域,更具体的说是涉及一种多POL并联组合供电***及供电方法。
背景技术
现有的服务器供电过程中,常用Buck变换器进行直流电压的变换。Buck变换器的应用,针对不同的负载电流场合,主要有POL方案以及Controller加Power stage方案,POL方案应用在小负载电流场合,Controller加Power stage方案应用在大负载电流场合。
现有的POL方案,POL由于供电对象专一,所以其性能可以更好地与对象匹配。空间位置上,POL电源模块应紧靠相应负载放置。单个POL芯片,受限于散热和芯片封装等条件,单颗的输出电流在30A左右。如果单个电压的电流超过30A,通常采用单颗Controller IC加多颗Power stage的方案,这样可以将超大的电流平均分配到单颗Power stage,减小每个功率MOS模块的电应力和热应力,在保证供电***性能的前提下,提高***的可靠性。
但是,单颗POL输出电流有限,对于大负载电流的场合并不适用。对于ControllerIC加Power stage的方案,在能够提供足够电流的前提下,存在如下问题:首先,由于采用单颗Controller IC加多颗Power stage的方案,实际单个方案占有的电路板面积较大,为了保证电源方案的可行性和可靠性,减小***受到干扰的概率,对芯片之间的实际距离存在要求,这就减小了方案在电路板布局中的灵活性,当输出电压的路径过长,会带来其他的问题;其次,实际方案的可调节性比较差,对于同一输出电压、输出电流变化较大的场合,***方案的调节、线路图的和控制策略的修改比较复杂。***至少要保证有一颗Controller IC和一颗Power stage,对于小负载电流的场合会出现资源浪费的现象,当出现ControllerIC损坏时,整个方案即不能正常工作。
发明内容
针对上述缺陷,本发明的目的在于提供一种多POL并联组合供电***及供电方法,用以解决单个方案占板面积大、修改调节不灵活等问题。
本发明为实现上述目的,通过以下技术方案实现:一种多POL并联组合供电***,包括一颗MASTER芯片和若干颗SLAVE芯片,所述MASTER芯片和SLAVE芯片均为POL芯片,MASTER芯片和SLAVE芯片的VIN引脚并联在电压输入端,MASTER芯片和SLAVE芯片的VOUT 引脚并联在电压输出端;MASTER芯片的SYN引脚与SLAVE芯片的SYN引脚并联,MASTER芯片通过SYN引脚发送同步时钟信号使每颗POL芯片交替打开,将大负载电流分配到多颗POL芯片上;MASTER芯片和SLAVE芯片的CONF引脚通过外接电阻选择配置参数。
进一步,SLAVE芯片的VIN引脚并联在电压输入端,SLAVE芯片的VOUT 引脚并联在电压输出端, SLAVE芯片的CONF引脚通过外接电阻选择配置参数;
SLAVE芯片的SYN引脚并联在MASTER芯片的SYN引脚上,MASTER芯片通过SYN引脚发送同步时钟信号使每颗SLAVE芯片交替打开,将大负载电流分配到多颗SLAVE芯片上。
进一步,采用上述***的多POL并联组合供电方法,包括:SYNC为MASTER芯片的同步时钟信号,Ctrl N为SLAVE N芯片工作信号,N为整数,且N≥1,同步时钟信号和工作信号均为高电平有效,同步信号的延时时间为Td, 工作信号的延时时间为Tb,;当SYNC的上升沿到来后,延时Td;Ctrl1信号输出高脉冲,SLAVE1工作,Ctrl1信号下降沿后,SLAVE1停止输出;Ctrl1信号下降沿后延时Tb,Ctrl2信号输出高脉冲,SLAVE 2工作,Ctrl2信号下降沿后,SLAVE2停止输出;Ctrl2信号下降沿后延时Tb;后续多个SLAVE依次在高脉冲内输出;多个SLAVE芯片在一个工作周期Ta内分时工作,负载电流平均分配到多个SLAVE芯片,当***出现负载电流增加需求时,MASTER芯片将增加的负载电流平均地分配给多个SLAVE芯片;其中,当MASTER芯片同时与电压输入端和电压输出端连接时,MASTER芯片可以视为一个具备负载电流的功能SLAVE芯片。
进一步,所述多POL并联组合供电的方法,包括如下步骤:
步骤1:VIN引脚上电:
步骤2:MASTER芯片和SLAVE芯片进行初始化;
步骤3:MASTER芯片和SLAVE芯片进行上电检测,所述上电检测包括输入信号检测和错误检查;
步骤4:SLAVE芯片依次上电启动;
步骤5:完成VOUT上电输出;
步骤6:MASTER芯片实时监测各SLAVE芯片状态;
步骤7:判断负载电流是否增加,如果是,则转到步骤8,如果否,转到步骤5;
步骤8:MASTER芯片动态分配电流;
步骤9:SLAVE芯片依次增加输出电流后转到步骤5;
其中,当MASTER芯片分别与电压输入端和电压输出端连接时,MASTER芯片可以视为一个SLAVE芯片,具备负载电流的功能。
进一步,SLAVE芯片的IIC引脚并联在MASTER芯片的IIC引脚上,MASTER芯片通过IIC协议,将控制信息分别发送到不同地址的SLAVE芯片;SLAVE芯片的Isense引脚并联在MASTER芯片的Isense引脚上,SLAVE芯片的Tsense引脚并联在MASTER芯片的Tsense引脚上,MASTER芯片通过Isense引脚、Tsense引脚监测的各个SLAVE芯片的输出电流、工作温度,将增加的负载电流重新分配给SLAVE芯片。
对比现有技术,本发明有益效果在于:本发明提出的一种多POL并联组合供电的方法,多颗SLAVE芯片输入电压和输出电压并联使用,通过SYN引脚输入同步的时钟信号,通过CONF引脚外接不同的电阻选择内部不同的配置参数。在一个周期内,多颗SLAVE芯片在不同时段工作,大负载电流可以平均分配到多颗SLAVE芯片上。
本发明可以灵活配置的SLAVE芯片,只需要有一条单独的同步时钟线SYN,可以分散摆放到电路板的不同位置,减小了对电路板大空间面积的需求;多颗POL芯片之间,可以针对实际需求灵活调整数量,由于每个POL能够单独工作,此时仅需要简单调整线路的***配置参数,线路图和控制策略修改简单;多颗POL芯片,可以灵活选择其中任意一颗作为MASTER芯片,不存在资源浪费或是MASTER等损坏即不能工作的问题。
另外,本发明还增加了MASTER芯片和SLAVE芯片之间的信息交互,包含每个POL芯片的电流、温度信息,可以针对实际的负载要求和每个POL芯片工作的情况,动态分配电流值。
附图说明
附图1是本发明实施例一的电气原理图。
附图2是本发明实施例二的电气原理图。
附图3是本发明的控制策略的时序图。
附图4是本发明的方法流程图。
附图5是本发明实施例三的电气原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。
实施例一:
如图1所示,一种多POL并联组合供电***,包括一颗MASTER芯片和两颗SLAVE芯片,所述MASTER芯片和SLAVE芯片均为POL芯片,MASTER芯片和SLAVE芯片的VIN引脚并联在电压输入端,MASTER芯片和SLAVE芯片的VOUT 引脚并联在电压输出端;MASTER芯片的SYN引脚与SLAVE芯片的SYN引脚并联,MASTER芯片通过SYN引脚发送同步时钟信号使每颗POL芯片交替打开,将大负载电流分配到多颗POL芯片上,在同一时刻,只有单颗POL芯片工作;MASTER芯片和SLAVE芯片的CONF引脚通过外接电阻选择配置参数。
实施例二:
如图2所示,SLAVE芯片的VIN引脚并联在电压输入端,SLAVE芯片的VOUT 引脚并联在电压输出端,SLAVE芯片的CONF引脚通过外接电阻选择配置参数;SLAVE芯片的SYN引脚并联在MASTER芯片的SYN引脚上,MASTER芯片通过SYN引脚发送同步时钟信号使每颗SLAVE芯片交替打开,将大负载电流分配到多颗SLAVE芯片上,在同一时刻,只有单颗SLAVE芯片工作。
实施例三:
如图5所示,由于不同SLAVE芯片在电路板上的实际位置不同,距离多个负载的位置不同,SLAVE芯片的散热条件、电应力、供电状况均不同。对于负载电流可以采用非平均分配的策略,可以根据实际SLAVE芯片距离负载的位置、各个SLAVE芯片实际的工作情况,灵活地分配负载电流到各个SLAVE芯片;在实施例一的基础上,SLAVE芯片的Isense引脚并联在MASTER芯片的Isense引脚上,SLAVE芯片的Tsense引脚并联在MASTER芯片的Tsense引脚上,MASTER芯片通过Isense引脚、Tsense引脚监测的各个SLAVE芯片的输出电流、工作温度,当各个SLAVE芯片处于稳定工作状态时,此时各个SLAVE芯片实际的输出电流可以维持不均分;当***出现负载电流增加需求时,MASTER芯片根据监测的各个SLAVE芯片的输出电流、工作温度信息,将增加的负载电流采取相应策略,相应地分配给多个SLAVE芯片。此时,MASTER芯片通过IIC协议,将控制信息分别发送到不同地址的SLAVE芯片,不同的SLAVE芯片根据MASTER芯片的指令,分别反应,通过增加高脉冲的数量,增加对应SLAVE芯片的输出电流。这样,在保证各个SLAVE芯片的温度、热应力等状况最优的前提下,完成***的供电功能。
如图3所示,本发明还包括一种基于上述实施例的多POL并联组合供电方法,所述方法包括:SYNC为MASTER芯片的同步时钟信号,Ctrl N为SLAVE N芯片工作信号,N为整数,且N≥1,同步时钟信号和工作信号均为高电平有效,同步信号的延时时间为Td, 工作信号的延时时间为Tb,;当SYNC的上升沿到来后,延时Td;Ctrl1信号输出高脉冲,SLAVE1工作,Ctrl1信号下降沿后,SLAVE1停止输出;Ctrl1信号下降沿后延时Tb,Ctrl2信号输出高脉冲,SLAVE 2工作,Ctrl2信号下降沿后,SLAVE2停止输出;Ctrl2信号下降沿后延时Tb;后续多个SLAVE依次在高脉冲内输出;多个SLAVE芯片在一个工作周期Ta内分时工作,负载电流平均分配到多个SLAVE芯片,当***出现负载电流增加需求时,MASTER芯片将增加的负载电流平均地分配给多个SLAVE芯片;其中,当MASTER芯片分别与电压输入端和电压输出端连接时,MASTER芯片可以视为一个SLAVE芯片负载电流。
如图4所示,所述的多POL并联组合供电的方法包括以下步骤:首先VIN引脚上电;通电后MASTER芯片和SLAVE芯片进行初始化;然后,MASTER芯片和SLAVE芯片进行上电检测,所述上电检测包括输入信号检测和错误检查;接着,SLAVE芯片依次上电启动;接下来,VOUT上电,进入稳定输出状态;此时,MASTER芯片实时监测各SLAVE芯片状态,判断负载电流是否增加,如果负载电流增加,MASTER芯片负载要求和每个SLAVE芯片工作的情况,动态分配电流值;如果负载电流没有增加,则继续保持稳定输出状态。另外,当MASTER芯片分别与电压输入端和电压输出端连接时,MASTER芯片可以视为一个SLAVE芯片,同样具备负载电流的功能。
结合附图和具体实施例,对本发明作进一步说明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
Claims (5)
1.一种多POL并联组合供电***,其特征在于:包括一颗MASTER芯片和若干颗SLAVE芯片,所述MASTER芯片和SLAVE芯片均为POL芯片,MASTER芯片和SLAVE芯片的VIN引脚并联在电压输入端,MASTER芯片和SLAVE芯片的VOUT 引脚并联在电压输出端;
MASTER芯片的SYN引脚与SLAVE芯片的SYN引脚并联,MASTER芯片通过SYN引脚发送同步时钟信号使每颗POL芯片交替打开,将大负载电流分配到多颗POL芯片上;
MASTER芯片和SLAVE芯片的CONF引脚通过外接电阻选择配置参数。
2.根据权利要求1所述的多POL并联组合供电***,其特征在于:SLAVE芯片的VIN引脚并联在电压输入端,SLAVE芯片的VOUT 引脚并联在电压输出端, SLAVE芯片的CONF引脚通过外接电阻选择配置参数;
SLAVE芯片的SYN引脚并联在MASTER芯片的SYN引脚上,MASTER芯片通过SYN引脚发送同步时钟信号使每颗SLAVE芯片交替打开,将大负载电流分配到多颗SLAVE芯片上。
3.一种采用权利要求2所述***的多POL并联组合供电方法,其特征在于:SYNC为MASTER芯片的同步时钟信号,Ctrl N为SLAVE N芯片工作信号,N为整数,且N≥1,同步时钟信号和工作信号均为高电平有效,同步信号的延时时间为Td, 工作信号的延时时间为Tb,;当SYNC的上升沿到来后,延时Td;Ctrl1信号输出高脉冲,SLAVE1工作,Ctrl1信号下降沿后,SLAVE1停止输出;Ctrl1信号下降沿后延时Tb,Ctrl2信号输出高脉冲,SLAVE 2工作,Ctrl2信号下降沿后,SLAVE2停止输出;Ctrl2信号下降沿后延时Tb;后续多个SLAVE依次在高脉冲内输出;多个SLAVE芯片在一个工作周期Ta内分时工作,负载电流平均分配到多个SLAVE芯片,当***出现负载电流增加需求时,MASTER芯片将增加的负载电流平均地分配给多个SLAVE芯片;其中,当MASTER芯片同时与电压输入端和电压输出端连接时,MASTER芯片可以视为一个具备负载电流的功能SLAVE芯片。
4.根据权利要求3所述的多POL并联组合供电方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:VIN引脚上电:
步骤2:MASTER芯片和SLAVE芯片进行初始化;
步骤3:MASTER芯片和SLAVE芯片进行上电检测,所述上电检测包括输入信号检测和错误检查;
步骤4:SLAVE芯片依次上电启动;
步骤5:VOUT上电输出;
步骤6:MASTER芯片实时监测各SLAVE芯片状态;
步骤7:判断负载电流是否增加,如果是,则转到步骤8,如果否,转到步骤5;
步骤8:MASTER芯片动态分配电流;
步骤9:SLAVE芯片依次增加输出电流后转到步骤5。
5.根据权利要求1或2所述的多POL并联组合供电***,其特征在于:SLAVE芯片的IIC引脚并联在MASTER芯片的IIC引脚上,MASTER芯片通过IIC协议,将控制信息分别发送到不同地址的SLAVE芯片;
SLAVE芯片的Isense引脚并联在MASTER芯片的Isense引脚上,SLAVE芯片的Tsense引脚并联在MASTER芯片的Tsense引脚上, MASTER芯片通过Isense引脚、Tsense引脚监测的各个SLAVE芯片的输出电流、工作温度,将增加的负载电流重新分配给SLAVE芯片。
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